CN114837766B - 发动机在高原环境的vvt控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了发动机在高原环境的VVT控制方法及系统，当所述发动机处于高原环境时，判断发动机所处工况，当发动机需求的负荷处于部分负荷时，VVT不进行高原系数修正；当发动机的需求负荷大于某一标定负荷且持续一定时间则按外特性VVT开度转至外特性工况的VVT开度。本发明能解决发动机运行在高原环境运行时，在中小负荷VVT控制不准确导致发动机爆震和油耗恶化问题的同时，也能解决在大负荷VVT无法控制到外特性VVT开度导致扭矩进一步损失的问题。

Description

发动机在高原环境的VVT控制方法及系统

技术领域

本发明涉及汽油机控制领域，具体涉及发动机在高原环境的VVT控制方法及系统。

背景技术

内燃机产品的广泛应用和制造产业的持续发展，对保障国家安全和国民经济健康运行至关重要。虽然近年来，以电动汽车、燃料电池汽车等为代表的新型动力技术得到世界各国政府以及汽车公司的高度重视，但业内仍一致认为，在2050年前传统内燃机动力和汽车仍将占主导地位。其中，汽油机由于具有升功率大、重量轻、工作柔和、微粒排放比柴油机好等多重优点，一直被广泛用于轿车和乘用车的主要动力。

发动机进、排气相位对发动机的充气性能有重要的影响，从而影响到发动机的动力性、经济性和排放。在不同转速不同负荷工况下，发动机都有最佳的配气相位。随着发动机各项性能之间的协调要求提高，配气相位固定不变的缺点变得越来越突出，对可变配气相位的要求随之提升。现如今，在全工况条件下都可以控制进气量的可变气门正时技术(Variable Valve Timing VVT)已经在汽油发动机上得以普及。

各工况VVT的确定是根据在台架上的大量试验数据，基于油耗或者扭矩标准选取得到，VVT的选取原则如表1所示。

表1不同工况下VVT的选取原则

可以看出，即使在相同工况由于优化目标不同(燃烧稳定、油耗最低、扭矩最大)，所选取的VVT也会有差异。VVT控制MAP的横坐标是发动机转速，纵坐标是发动机的负荷，如图1所示(VVT MAP)。

但是，如果发动机在高原工作时，由于环境压力降低，发动机的外特性性能受到影响，扭矩降低，这会造成VVT控制不精确或者VVT无法达到外特性工况VVT值的问题。目前对于该问题的处理方式有两种：第一种是通过修正VVT纵坐标(即负载)来解决在高原工况下VVT控制不精确或者VVT无法达到外特性工况VVT值，其中，修正计算过程如下：

高原修正系数计算：

式中，P_alt为高原环境下的大气压力/kpa；P_sta为标准大气压力，为101.3kpa。

高原修正系数大于VVT纵坐标的修正计算：

式中，rlnw为经修正后的负荷(VVT纵坐标)，rl为标准负荷/％。

第一种方式的优点为：当需要发动机发出最大扭矩时，至少能使VVT开到进气量最大的位置，尽量发出最大扭矩，这样能把发动机在高原上扭矩损失尽量降到最小(虽此时扭矩虽然依旧低于平原地区，但这是由于环境压力低造成的)。第一种方式的缺点为：部分工况的VVT也会被高原修正系数修正，造成部分工况点的VVT向高负荷移动(如图2所示，若高原修正系数为2，则进气VVT将由A点移动到B点，相差22°CA)，如此一来，会造成该工况点的VVT控制不精确，从而导致该工况点的点火角可能不合适(VVT开度不同，缸内残余废气也会有差异，对应的点火角也会不一样)，随即发生爆震或者油耗增加等问题。

第二种为在高原工况，VVT纵坐标不被高原系数修正。第二种方式的优点为：这样发动机在部分工况点的VVT控制则会根据标定MAP精确控制，使发动机在部分工况的性能至少不会被VVT的控制误差导致相关性能恶化。缺点为：在高原环境，由于气压降低，发动机不能达到平原环境时的外特性值，则VVT也不能控制到外特性的VVT值(由于在VVT控制MAP中，VVT的取值是根据横纵坐标而定的，所以扭矩不能到外特性，VVT也不能控制到外特性对应的开度)，从而会使发动机的扭矩损失更加严重：一方面的损失来自于本身环境压力降低，导致的扭矩损失；另一方面，由于VVT没有控制到外特性的VVT值，发动机的进气量没有达到最大，也会再次损失部分扭矩。

上述问题在自然吸气发动机上会表现的更加明显，在增压发动机上会因为有增压功能适当减弱，但是问题依然存在。

发明内容

本发明提供了发动机在高原环境的VVT控制方法及系统，用于解决发动机在高原环境，由于VVT控制不精确导致发动机爆震、油耗恶化问题或者VVT无法控制到外特性VVT开度，造成外特性扭矩损失进一步加重的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种发动机在高原环境的VVT控制方法，包括以下步骤：

当所述发动机处于高原环境、且处于大负荷工况时，将所述发动机的VVT开度转至外特性工况的VVT开度。

优选的，所述大负荷工况通过以下任意方法判断：

方法一：当所述发动机的需求负荷值持续大于标定的第一负荷阈值的时间超过标定的第一预设时间时，判断所述发动机处于大负荷工况；

方法二：当所述发动机的需求负荷值大于标定的第二负荷阈值，且所述发动机的负荷变化率大于标定的负荷变化阈值时，判断所述发动机处于大负荷工况。

优选的，所述第一负荷阈值、第一预设时间根据用户对动力性、经济性以及驾驶性的要求的需要设定，当用户对动力性需求高，将需求负荷阈值和对应的第一预设时间调小，当用户更追求燃油经济性，将需求负荷阈值和对应的第一预设时间调大。

优选的，发动机处于高原环境的判断通过以下步骤实现：

确定高原环境的气压范围，判断采集的气压参数是否在所述气压范围内，若在，则判断所述发动机处于高原环境中。

优选的，当将所述发动机的VVT开度转至外特性工况的VVT开度后，还包括以下步骤：

实时监测所述发动机的负荷，并判断所述发动机的负荷是否小于预设的第三负荷阈值且持续预设的第二时间长度，若所述发动机的负荷小于预设的第三负荷阈值且持续预设的第二时间长度，则将所述发动机的VVT开度转至正常VVT控制模式。

一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明中的发动机在高原环境的VVT控制方法及系统，当判断所述发动机处于高原环境时，判断发动机所处工况，当发动机需求的负荷处于部分负荷时，VVT不进行高原系数修正；当发动机的需求负荷大于某一标定负荷且持续一定时间则按外特性VVT开度转至外特性工况的VVT开度。本发明能解决发动机运行在高原环境运行时，在中小负荷VVT控制不准确导致发动机爆震和油耗恶化问题的同时，也能解决在大负荷VVT无法控制到外特性VVT开度导致扭矩进一步损失的问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

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

图1是发动机VVT控制MAP的示意图；

图2是高原系数修正后VVT的变化趋势示意图；

图3是一种发动机在高原环境的VVT控制方法的控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一：

本发明公开了一种发动机在高原环境的VVT控制方法，包括以下步骤：

采集发动机当前所处的环境参数，根据所述环境参数判断所述发动机是否处于高原环境中；

当判断所述发动机处于高原环境时，采集发动机当前的负荷参数，并根据所述负荷参数判断所述发动机是否处于大负荷工况，当判断处于大负荷工况时，将所述发动机的VVT开度转至外特性工况的VVT开度。

另外，在本实施例中，本发明还公开了一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

本发明中的发动机在高原环境的VVT控制方法及系统，通过采集发动机当前所处的环境参数，根据所述环境参数判断所述发动机是否处于高原环境中；当判断所述发动机处于高原环境时，采集发动机当前的负荷参数，判断发动机所处工况，当发动机需求的负荷处于部分负荷时，VVT不进行高原系数修正；当发动机的需求负荷大于某一标定负荷且持续一定时间则按外特性VVT开度转至外特性工况的VVT开度。相比现有技术，本发明能解决发动机运行在高原环境运行时，在中小负荷VVT控制不准确导致发动机爆震和油耗恶化问题的同时，也能解决在大负荷VVT无法控制到外特性VVT开度导致扭矩进一步损失的问题。

实施例二：

实施例二是实施例的拓展实施例，其与实施例一的不同之处在于，对于发动机在高原环境的VVT控制方法的具体步骤进行了细化。

本发明的目的在于解决发动机在高原环境，由于VVT控制不精确导致发动机爆震、油耗恶化问题或者VVT无法控制到外特性VVT开度，造成外特性扭矩损失进一步加重的问题，提出了一种基于环境压力变化，根据发动机负荷节点或负荷变化率控制发动机外特性VVT开度的控制方法。

本发明的基本思想：在高原环境，当发动机需求的负荷处于部分负荷时，VVT的控制按不被高原修正系数进行，以保证部分工况点的VVT开度能工作在最佳MAP点，使得发动机的爆震、油耗性能不会恶化；当发动机的需求负荷大于某一标定负荷且持续一定时间(或发动机的负荷变化率大于某一标定值，且负荷大于某一标定值)，则ECU直接按外特性VVT开度进行控制，尽可能的使发动机的扭矩损失降到最小。

由此，保证了发动机在高原环境下既能使部分工况点的VVT开度不偏离标定值而导致的发动机油耗恶化，又能使发动机在大(全)负荷时VVT能顺利的控制到外特性对应的VVT开度，尽可能提升高原环境发动机的外特性扭矩。

该发明首先判断发动机是否工作在高原环境(根据文献表明，海拔高于500m的地区则是高原环境，且大气压为95.2kpa)：若ECU检测到发动机工作在非高原环境，则VVT的控制按照现有的不被高原修正的控制逻辑进行；若ECU检测到发动机工作在高原地区，驾驶员需求负荷大于某一标定值且持续一定时间(或发动机的负荷变化率大于某一标定值，且负荷大于某一标定值)，则ECU直接把VVT控制到该转速下外特性工况对应的VVT开度。若发动机工作在高原环境，但是工作在部分负荷区域，则VVT控制按照现有的不被高原修正的控制逻辑进行。

本发明所述方法具体通过下列步骤实现：

1、首先需要对发动机进行标定，得到下列信息：

a)根据发动机不同工况点对VVT的需求，标定出全工况范围内的最佳进/排气VVT开度MAP,见图1；

b)标定出发动机外特性的VVT开度，见表2所示：

表2发动机外特性的VVT开度

c)标定出发动机在各转速下的最大负荷，见表3所示：

表3发动机各转速下的最大负荷

2、判定发动机运行工况是否处于高原环境，如果发动机运行在高原环境，转到第4步；其中，高原环境的判断条件可根据标定需要自行进行设定。

3、如果ECU判断出发动机在非高原环境运行，则VVT控制按照现有的不被高原修正的控制方法进行；

4、如果ECU判断出发动机在高原环境运行，同时判断此时发动机需求的负荷和持续时间是否分别大于标定值；或者发动机的负荷变化率和需求负荷是否大于标定值，则把VVT开度直接控制到该转速外特性工况对应的VVT开度；

选择需求负荷和持续时间的原因是，需求负荷是我们油门踏板最直接的体现，也是ECU控制系统中最常用的参数，如果需求负荷比较大则需要的动力也比较大，且就需要考虑进入外特性VVT的模式。

选择负荷变化率的原因是，负荷变化率表示了踩油门的速率，如果油门踩的很慢，则负荷变化率较小，那么需求负荷就可以标定的大一点，即晚一点进入外特性工况VVT；如果油门踩得很快，负荷变化率比较大，说明急需动力，则可以把，需求负荷标定的小一点，即尽快进入外特性工况VVT。

另外，还需增加一个持续时间，为了避免负荷只是瞬间大于标定值，而造成的VVT频繁切换，避免控制难题。

标定值根据标定人员对驾驶性、动力性的需要进行标定，如果对动力性需求高，则可以把需求负荷和对应的持续时间标定小一点，这样就可以在油门踩的不太深的情况下，就进入外特性VVT模式，发动机的动力性能更好。

如果更追求燃油经济性，则可以在需求负荷和对应的持续时间标定大一点，这样就需要油门踩的比较大之后，才进入外特性VVT模式(即VVT更多的时候运行在经济VVT的模式下)

设置范围：

标定值的范围根据标定人员对动力性、经济性以及驾驶性的要求进行标定，设置范围理论上讲是0-100％，0则代表一直用外特性工况VVT，100％则代表几乎不用外特性工况VVT。

5、若发动机需求的负荷和持续时间小于标定值，则VVT控制按第4步的方法进行控制。

实施例三：

参照图3，下面通过实施例来说明发动机外特性工况在高原环境的VVT控制方法，实施例的运行条件如下：首先根据发动机的特性标定出发动机的VVT脉谱图(包括外特性区域的VVT开度)，见图；同时，在ECU中做如下标定：

a)若大气压力低于95kpa，则ECU判断为高原环境；

b)当发动机需求负荷大于最大负荷的90％且负荷需求持续时间超过0.3s，则ECU判定可以把VVT控制到外特性工况的VVT开度；

c)当负荷变化率大于50％/s，且需求负荷大于最大负荷的80％，则ECU判定可以把VVT控制到外特性工况的VVT开度；

d)当对发动机的负荷需求小于70％，且持续0.3s，则VVT退出外特性工况控制，采用常规控制方法控制。

当一辆车(搭载发动机)运行的大气压力为89.5kpa的环境，此时发动机运行的转速为2000rpm，对发动机的需求负荷为95％，持续时间超过1s。经过一段时间后，对发动机需求的负荷为40％，且一直保持。采用本发明的控制方法，控制步骤如下：

1)发动机运行的大气压力为89.4kpa，则ECU判定此时发动机运行在高原工况；

2)根据当前对发动机的工况需求：需求负荷为95％且持续时间为1s，都大于标定值，则ECU把VVT直接控制到2000rpm外特性的VVT开度，进/排气分别为：4°CA和-5°CA。

3)经过一段时间后，当对发动机的需求负荷为40％，且持续时间大于0.3s，则VVT按照常规方法进行控制，进/排气分别为：0°CA和5°CA。

当一辆车(搭载发动机)运行的大气压力为89.5kpa的环境，此时发动机运行的转速为2000rpm，司机猛踩油门，发动机需求负荷的变化率为65％，且需求负荷超过80％。经过一段时间后，对发动机需求的负荷为40％，且一直稳定。采用本发明的控制方法，控制步骤如下：

1)发动机运行的大气压力为89.4kpa，则ECU判定此时发动机运行在高原工况；

2)根据当前对发动机的工况需求：需求负荷的变化率和需求负荷都大于标定值，则ECU把VVT直接控制到2000rpm外特性的VVT开度，进排气分别为：4°CA和-5°CA。

经过一段时间后，当对发动机的需求负荷为40％，且持续时间大于0.3s，则VVT按照常规方法进行控制，进/排气分别为：0°CA和5°CA。

综上所述，本发明以环境压力、发动机负荷大小及负荷变化率作为条件，准确控制发动机在高原环境下的VVT开度，具有以下积极技术效果：

能够同时解决发动机运行在高原环境运行时存在的两个问题：

1)在中小负荷VVT控制不准确导致发动机爆震和油耗恶化等问题；

2)在大负荷VVT无法控制到外特性VVT开度导致扭矩进一步损失的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发动机在高原环境的VVT控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当所述发动机处于高原环境、且处于大负荷工况时，将所述发动机的VVT开度转至外特性工况的VVT开度；当发动机需求的负荷处于部分负荷时，VVT不进行高原系数修正；

当将所述发动机的VVT开度转至外特性工况的VVT开度后，还包括以下步骤：

实时监测所述发动机的负荷，并判断所述发动机的负荷是否小于预设的第三负荷阈值且持续预设的第二时间长度，若所述发动机的负荷小于预设的第三负荷阈值且持续预设的第二时间长度，则将所述发动机的VVT开度转至正常VVT控制模式。

2.根据权利要求1所述的发动机在高原环境的VVT控制方法，其特征在于，所述大负荷工况通过以下任意方法判断：

方法一：当所述发动机的需求负荷值持续大于标定的第一负荷阈值的时间超过标定的第一预设时间时，判断所述发动机处于大负荷工况；

方法二：当所述发动机的需求负荷值大于标定的第二负荷阈值，且所述发动机的负荷变化率大于标定的负荷变化阈值时，判断所述发动机处于大负荷工况。

3.根据权利要求2所述的发动机在高原环境的VVT控制方法，其特征在于，所述第一负荷阈值、第一预设时间根据用户对动力性、经济性的需要设定，当用户对动力性需求高时，将第一负荷阈值和对应的第一预设时间调小，当用户更追求燃油经济性时，将第一负荷阈值和对应的第一预设时间调大。

4.根据权利要求1所述的发动机在高原环境的VVT控制方法，其特征在于，发动机处于高原环境的判断通过以下步骤实现：

确定高原环境的气压范围，判断采集的气压参数是否在所述气压范围内，若在，则判断所述发动机处于高原环境中。

5.一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至4任一所述方法的步骤。