发动机早燃预防装置、发动机早燃预防方法及计算机可读取介质

摘要

本发明涉及一种发动机早燃预防装置，包括：判断单元，该判断单元在发动机的转速处于预定的低速区域且发动机的扭矩在预定的负荷阈值以上并且当前的缸体振动频率在爆震振动频率阈值和早燃振动频率阈值的平均值以上的情况下，判断为早燃即将发生；喷油嘴控制单元，该喷油嘴控制单元在所述判断单元判断为早燃即将发生的情况下，控制喷油嘴以第一步长逐渐加浓喷油；以及进排气气门控制单元，该进排气气门控制单元在加浓喷油的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且发动机的扭矩有上升趋势或空燃比小于第一阈值的情况下，控制进排气气门以第二步长逐渐减小VVT重叠角。

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机早燃预防装置、发动机早燃预防方法及计算机可读取介质。

背景技术

当增压发动机处于低转速高负荷时，缸内温度压力过高，积碳等炽热点会提前引燃混合气，从而会导致发动机零件受损、输出功率下降、发动机过热，即会发生所谓的早燃现象。

其中，发动机零件受损的原因在于，早燃会产生非常大的压力冲击波，增加发动机零件的负荷并对发动机内部各零件造成应力冲击。此外，输出功率下降的原因在于，如图7所示，早燃时燃烧最高压力(早燃最高压力点) 出现在压缩前中期，此压力与压缩冲程中后期形成对冲，消耗了较多的功率，因此输出功率大大降低。此外，发动机过热的原因在于，早燃时混合气的燃烧是在散热面积较大的情况下进行的，因而使传给冷却水的热量增加，从而会导致发动机过热。

以往，例如专利文献1是在检测到发动机发生早燃之后，对发动机实施降低负荷的同时加浓喷油的控制，此时若仍然能检测到早燃则实施断油控制，最终达到让早燃减轻或消失的目的。

现有专利文献

专利文献1：CN105386882A

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，专利文献1中，是在检测到发动机发生早燃之后，对发动机实施控制，此时，发动机还是容易受到早燃的损害。此外，加浓喷油可能会导致扭矩增加，专利文献1中对此并没有考虑。

另外，专利文献1中，在检测到发动机发生早燃之后，对发动机实施降低负荷的同时加浓喷油的控制，此时若仍然能检测到早燃则实施断油控制。其中实施断油的控制较为极端，此时发动机会产生抖动，从而会使得用户的驾驶感变差。此外，专利文献1中，并没有提供降低进气负荷和加浓喷油的详细方案。

用于解决技术问题的技术方案

本发明鉴于上述问题而得以完成，其目的在于，提供一种发动机早燃预防装置、发动机早燃预防方法及计算机可读取介质，其能够在发动机即将发生早燃之前进行控制，从而预防早燃的发生，保护发动机不受到损害。

本发明的发动机早燃预防装置的第一方式中，包括：判断单元，该判断单元在发动机的转速处于预定的低速区域且发动机的扭矩在预定的负荷阈值以上并且当前的缸体振动频率在爆震振动频率阈值和早燃振动频率阈值的平均值以上的情况下，判断为早燃即将发生；喷油嘴控制单元，该喷油嘴控制单元在所述判断单元判断为早燃即将发生的情况下，控制喷油嘴以第一步长逐渐加浓喷油；以及进排气气门控制单元，该进排气气门控制单元在加浓喷油的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且发动机的扭矩有上升趋势或空燃比小于第一阈值的情况下，控制进排气气门以第二步长逐渐减小VVT重叠角。

本发明的发动机早燃预防装置的第二方式在所述第一方式中，优选为，还包括扭矩限制单元，该扭矩限制单元在减小VVT重叠角的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且VVT重叠角变为0°的情况下，将扭矩控制至第二阈值并保持预定时间，然后解除扭矩限制。

本发明的发动机早燃预防装置的第三方式在所述第一方式中，优选为，在加浓喷油的处理实施之后早燃倾向消失的情况下，所述喷油嘴控制单元以所述第一步长逐渐取消喷油加浓，直至将喷油量恢复至原值。

本发明的发动机早燃预防装置的第四方式在所述第三方式中，优选为，在以所述第一步长逐渐取消喷油加浓的过程中早燃倾向再次出现的情况下，所述喷油嘴控制单元再次加浓喷油。

本发明的发动机早燃预防装置的第五方式在所述第一方式中，优选为，在减小VVT重叠角的处理实施之后早燃倾向消失的情况下，所述喷油嘴控制单元以所述第一步长逐渐取消喷油加浓，直至将喷油量恢复至原值。

本发明的发动机早燃预防装置的第六方式在所述第五方式中，优选为，在以所述第一步长逐渐取消喷油加浓的过程中早燃倾向再次出现的情况下，所述喷油嘴控制单元再次控制喷油嘴以加浓喷油。

本发明的发动机早燃预防装置的第七方式在所述第五方式中，优选为，在喷油量恢复至原值之后，所述进排气气门控制单元以所述第二步长逐渐恢复VVT重叠角，直至将VVT重叠角恢复至原值。

本发明的发动机早燃预防装置的第八方式在所述第七方式中，优选为，在以所述第二步长逐渐恢复VVT重叠角的过程中早燃倾向再次出现的情况下，所述进排气气门控制单元再次控制进排气气门以减小VVT重叠角。

本发明的发动机早燃预防方法的第九方式中，包括：判断步骤，该判断步骤在发动机的转速处于预定的低速区域且发动机的扭矩在预定的负荷阈值以上并且当前的缸体振动频率在爆震振动频率阈值和早燃振动频率阈值的平均值以上的情况下，判断为早燃即将发生；喷油嘴控制步骤，该喷油嘴控制步骤在所述判断步骤判断为早燃即将发生的情况下，控制喷油嘴以第一步长逐渐加浓喷油；以及进排气气门控制步骤，该进排气气门控制步骤在加浓喷油的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且发动机的扭矩有上升趋势或空燃比小于第一阈值的情况下，控制进排气气门以第二步长逐渐减小VVT重叠角。

本发明的发动机早燃预防方法的第十方式在所述第九方式中，优选为，还包括扭矩限制步骤，该扭矩限制步骤在减小VVT重叠角的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且VVT重叠角变为0°的情况下，将扭矩控制至第二阈值并保持预定时间，然后解除扭矩限制。

本发明的发动机早燃预防方法的第十一方式在所述第九方式中，优选为，在加浓喷油的处理实施之后早燃倾向消失的情况下，所述喷油嘴控制步骤以所述第一步长逐渐取消喷油加浓，直至将喷油量恢复至原值。

本发明的发动机早燃预防方法的第十二方式在所述第十一方式中，优选为，在以所述第一步长逐渐取消喷油加浓的过程中早燃倾向再次出现的情况下，所述喷油嘴控制步骤再次加浓喷油。

本发明的发动机早燃预防方法的第十三方式在所述第九方式中，优选为，在减小VVT重叠角的处理实施之后早燃倾向消失的情况下，所述喷油嘴控制步骤以所述第一步长逐渐取消喷油加浓，直至将喷油量恢复至原值。

本发明的发动机早燃预防方法的第十四方式在所述第十三方式中，优选为，在以所述第一步长逐渐取消喷油加浓的过程中早燃倾向再次出现的情况下，所述喷油嘴控制步骤再次控制喷油嘴以加浓喷油。

本发明的发动机早燃预防方法的第十五方式在所述第十三方式中，优选为，在喷油量恢复至原值之后，所述进排气气门控制步骤以所述第二步长逐渐恢复VVT重叠角，直至将VVT重叠角恢复至原值。

本发明的发动机早燃预防方法的第十六方式在所述第十五方式中，优选为，在以所述第二步长逐渐恢复VVT重叠角的过程中早燃倾向再次出现的情况下，所述进排气气门控制步骤再次控制进排气气门以减小VVT重叠角。

本发明的计算机可读取介质的第十七方式中，存储有如下程序，该程序用于执行所述第九至第十六方式的发动机早燃预防方法。

发明效果

通过采用本发明的发动机早燃预防装置、发动机早燃预防方法及计算机可读取介质，从而能够在发动机即将发生早燃之前进行控制，从而预防早燃的发生，保护发动机不受到损害。

此外，本发明中，在加浓喷油之后实施对于扭矩和空燃比的检测，从而能够避免因加浓喷油而导致扭矩增大和空燃比低于限值的情况。

此外，本发明中，在加浓喷油不能达到抑制早燃的效果时，则减小VVT 重叠角；在加浓喷油和减小VVT重叠角都不能达到抑制早燃的效果时实施限扭控制，从而能够更可靠地预防早燃的发生，并且不会造成发动机抖动，不会使得用户的驾驶感变差。

此外，本发明中，在减小VVT重叠角的处理实施之后早燃倾向消失的情况下，优先取消喷油加浓而并非先取消减小VVT重叠角，从而能够更好地降低油耗、减少排放。

附图说明

图1是示出本发明所涉及的发动机早燃预防装置的结构的框图。

图2是示出本发明所涉及的发动机早燃预防装置的部分结构的示意图。

图3是示出本发明所涉及的发动机早燃预防方法中的喷油加浓措施的实施及撤销的具体流程图。

图4是示出本发明所涉及的发动机早燃预防方法中的减小VVT重叠角措施的实施及撤销的具体流程图。

图5是示出本发明所涉及的发动机早燃预防方法中的扭矩限制措施的实施及撤销的具体流程图。

图6是示出本发明所涉及的发动机早燃预防方法中的喷油加浓措施、减小VVT重叠角措施以及扭矩限制措施的实施及撤销的整体流程图。

图7是示出早燃时的早燃最高压力点和正常燃烧时的正常最高压力点之间的比较的示意图。

具体实施方式

下面，对于本发明所涉及的发动机早燃预防装置的优选实施方式，使用附图进行说明。在各附图中，对于相同或相当的部分，附加相同标号进行说明。

[发动机早燃预防装置的结构]

图1是示出本发明所涉及的发动机早燃预防装置的结构的框图。图2 是示出本发明所涉及的发动机早燃预防装置的部分结构的示意图。

发动机100包括缸体、进气气门101、排气气门102、喷油嘴103。其中，进气气门101和排气气门102由进排气气门控制单元30控制，喷油嘴103由喷油嘴控制单元20控制。

本发明的发动机早燃预防装置包括判断单元10、喷油嘴控制单元20、进排气气门控制单元30。喷油嘴控制单元20、进排气气门控制单元30例如可由 ECU(ElectronicControl Unit：电子控制单元)来构成。此外，本发明的发动机早燃预防装置还可包括扭矩限制单元40。

<判断早燃是否即将发生>

判断单元10在发动机100的转速处于预定的低速区域且发动机100的扭矩在预定的负荷阈值以上并且当前的缸体振动频率在爆震振动频率阈值和早燃振动频率阈值的平均值以上的情况下，判断为早燃即将发生。

首先，判断单元10通过判断发动机100的转速是否处于预定的低速区域且发动机100的扭矩是否在预定的负荷阈值以上，从而判断是否处于判断开始区域内。例如在满足以下的式1和式2的情况下，判断单元10判断为处于判断开始区域内。

Speed：1400rpm

Torque≥70％CMBtorquemax (式2)

其中，Speed为发动机转速(rpm)，Torque为发动机扭矩(N·m)， CMBtorquemax为当前转速下最大燃烧扭矩。

作为一个示例，发动机转速Speed和当前转速下最大燃烧扭矩 CMBtorquemax具有如下的对应关系。

此外，上述式1中的“1400rpm”和“2500rpm”和式2中的“70％”只是一个示例，根据不同的车型可能会有不同的数值，本发明对此并无特别限定。

然后，判断单元10在判断为处于判断开始区域内的情况下，通过判断当前的缸体振动频率是否在爆震振动频率阈值和早燃振动频率阈值的平均值以上，从而判断是否早燃即将发生。例如在满足以下的式3的情况下，判断单元 10判断为早燃即将发生。

F≥(SF+KF)/2 (式3)

其中，F为当前缸体震动频率；KF为爆震振动频率阈值，例如为10KHZ 左右；SF为早燃振动频率阈值，例如为15KHZ左右。此外，根据不同的车型，这些阈值会有所差别。

<措施一：喷油加浓>

喷油嘴控制单元20在判断单元10判断为早燃即将发生的情况下，控制喷油嘴101以第一步长X1逐渐加浓喷油。在加浓喷油的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且发动机的扭矩有上升趋势或空燃比afr小于第一阈值afrmin 的情况下，进入下述的措施二：VVT重叠角控制。

在加浓喷油的处理实施之后早燃倾向消失的情况下，喷油嘴控制单元 20以所述第一步长X1逐渐取消喷油加浓，直至将喷油量恢复至原值；然后再次进入初始循环即判断早燃是否即将发生。

在以所述第一步长X1逐渐取消喷油加浓的过程中早燃倾向再次出现的情况下，喷油嘴控制单元20再次加浓喷油，如此反复。

作为一个示例，发动机转速Speed和空燃比的第一阈值afrmin具有如下的对应关系。

<措施二：减小VVT重叠角>

进排气气门控制单元30在加浓喷油的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且发动机的扭矩有上升趋势或空燃比afr小于第一阈值afrmin的情况下，控制进排气气门以第二步长Y1逐渐减小VVT重叠角。此时，保持当前的喷油浓度的措施一，叠加使用减小VVT重叠角的措施二。

在减小VVT重叠角的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且VVT重叠角变为0°的情况下，进入下述的措施三：限制扭矩。

在减小VVT重叠角的处理实施之后早燃倾向消失的情况下，喷油嘴控制单元20以所述第一步长X1逐渐取消喷油加浓，直至将喷油量恢复至原值。这里，优先取消喷油加浓(而并非先取消减小VVT重叠角)的原因在于，此时早燃倾向已经消失，缸内温度已经下降，综合考虑油耗和排放的因素，优先将喷油加浓取消。

在以所述第一步长X1逐渐取消喷油加浓的过程中早燃倾向再次出现的情况下，喷油嘴控制单元20再次控制喷油嘴以加浓喷油。

在喷油量恢复至原值之后，进排气气门控制单元30以所述第二步长 Y1逐渐恢复VVT重叠角，直至将VVT重叠角恢复至原值；若VVT重叠角恢复至原值仍不出现早燃，则再次进入初始循环即判断早燃是否即将发生。

在以所述第二步长Y1逐渐恢复VVT重叠角的过程中早燃倾向再次出现的情况下，进排气气门控制单元30再次控制进排气气门以减小VVT重叠角。

<措施三：限制扭矩>

扭矩限制单元40在减小VVT重叠角的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且VVT重叠角变为0°的情况下，将扭矩控制至第二阈值Z1并保持预定时间120s，然后解除扭矩限制；再次进入初始循环即判断早燃是否即将发生。

这里，假设当前扭矩为Z。根据上述式2可知，扭矩在最大燃烧扭矩 CMBtorquemax的70％以内不会发生早燃，而Z≤CMBtorquemax，因此Z1＝70％Z 时一定不会出现早燃。因而，第二阈值Z1设为当前扭矩Z的70％。

此外，上述的预定时间“120s”和第二阈值“Z1＝70％Z”只是一个示例，根据不同的车型可能会有不同的数值，本发明对此并无特别限定。

<步长的设定>

作为一个示例，假设需要在时间t(s)使早燃倾向消失，则忽略措施三所需时间，措施一、措施二各占t/2(s)。

①喷油加浓步长X1：

假设原始空燃比为X，当前转速下最小空燃比为Xmin，发动机为4缸，曲轴转速为speed。步长X1依据当前转速下的单缸喷油次数、解决早燃倾向的时间需求t/2(s)来设置，即通过下述式4来计算喷油加浓步长Xl。

②VVT重叠角减小步长Yl：

假设原始重叠角为Y，重叠角最小精度为1deg。由于重叠角最小限值为 0(即没有重叠角)，因此VVT重叠角减小步长Yl＝1deg，以Yl为步长减小重叠角的时间间隔Δt＝(t/2)/Y。

[发动机早燃预防方法的流程]

图3是示出本发明所涉及的发动机早燃预防方法中的喷油加浓措施的实施及撤销的具体流程图。下面，对喷油加浓措施(措施一)的实施及撤销的具体流程进行详细说明。

首先，在步骤ST101中，发动机早燃预防的流程(程序)启动。然后，在步骤ST102中，通过判断发动机100的转速是否处于预定的低速区域且发动机100的扭矩是否在预定的负荷阈值以上，从而判断是否处于判断开始区域内。

在步骤ST102中判断为处于判断开始区域内的情况下(步骤ST102：是)，进入步骤ST103，通过判断当前的缸体振动频率是否在爆震振动频率阈值和早燃振动频率阈值的平均值以上，从而判断是否存在早燃倾向即是否早燃即将发生。在步骤ST102中判断为未处于判断开始区域内的情况下(步骤ST102：否)，则进入初始循环(步骤ST110)。

在步骤ST103中，判断为存在早燃倾向即早燃即将发生的情况下(步骤 ST103：是)，进入步骤ST104，控制喷油嘴101以第一步长X1逐渐加浓喷油。在步骤ST103中判断为不存在早燃倾向的的情况下(步骤ST103：否)，则进入初始循环(步骤ST110)。

在加浓喷油的处理实施之后(步骤ST104)，进入步骤ST105，判断是否存在早燃倾向。在步骤ST105中，判断为早燃倾向并未消失的情况下(步骤ST105：是)，进入步骤ST108，判断发动机的扭矩是否有上升趋势、空燃比afr是否小于第一阈值afrmin。在步骤ST105中，判断为早燃倾向已消失的情况下(步骤 ST105：否)，进入步骤ST106，以所述第一步长X1逐渐取消喷油加浓。

在步骤ST108中，判断为发动机的扭矩有上升趋势或者空燃比afr小于第一阈值afrmin的情况下(步骤ST108：是)，进入步骤ST109，即进入VVT重叠角控制。在步骤ST108中，判断为发动机的扭矩没有上升趋势并且空燃比 afr未小于第一阈值afrmin的情况下(步骤ST108：否)，返回至步骤ST104，继续以第一步长X1逐渐加浓喷油。

在以所述第一步长X1逐渐取消喷油加浓即步骤ST106之后，进入步骤 ST107，判断空燃比afr是否恢复至原值。在步骤ST107中，判断为空燃比afr 恢复至原值的情况下(步骤ST107：是)，则再次进入初始循环(步骤ST110)。在步骤ST107中，判断为空燃比afr没有恢复至原值的情况下(步骤ST107：否)，则返回至步骤ST105，再次判断是否存在早燃倾向。

图4是示出本发明所涉及的发动机早燃预防方法中的减小VVT重叠角措施的实施及撤销的具体流程图。

在加浓喷油的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且发动机的扭矩有上升趋势或空燃比afr小于第一阈值afrmin的情况下，进入减小VVT重叠角的措施二(步骤ST201)。

在步骤ST202中，以第二步长Y1逐渐减小VVT重叠角。然后，进入步骤 ST203，判断是否存在早燃倾向。在步骤ST203中，判断为早燃倾向并未消失的情况下(步骤ST203：是)，进入步骤ST204，判断VVT重叠角是否等于0。在ST203中，判断为早燃倾向已消失的情况下(步骤ST203：否)，进入步骤 ST206，以所述第一步长X1逐渐取消喷油加浓。

在步骤ST204中，判断为VVT重叠角等于0的情况下(步骤ST204：是)，进入限制扭矩的措施三。在步骤ST204中，判断为VVT重叠角不等于0的情况下(步骤ST204：否)，返回至步骤ST202，以第二步长Y1逐渐减小VVT重叠角。

在步骤ST206即以所述第一步长X1逐渐取消喷油加浓之后，进入步骤 ST207，判断是否存在早燃倾向。在步骤ST207中，判断为早燃倾向再次出现的情况下(步骤ST207：是)，进入步骤ST213，撤销恢复值，即撤销喷油加浓的取消，并返回至步骤ST203。在步骤ST207中，判断为不存在早燃倾向的情况下(步骤ST207：否)，进入步骤ST208，判断空燃比afr是否恢复至原值。

在步骤ST208中，判断为空燃比afr没有恢复至原值的情况下(步骤 ST208：否)，返回至步骤ST206，以所述第一步长X1逐渐取消喷油加浓。在步骤ST208中，判断为空燃比afr恢复至原值的情况下(步骤ST208：是)，进入步骤ST209，以第二步长Y1逐渐恢复VVT重叠角。

在以第二步长Y1逐渐恢复VVT重叠角即步骤ST209之后，进入步骤 ST210，判断VVT重叠角是否恢复至原值。在步骤ST210中，判断为VVT重叠角没有恢复至原值的情况下(步骤ST210：否)，返回至步骤ST207。在步骤ST210中，判断为VVT重叠角恢复至原值的情况下(步骤ST210：是)，进入步骤ST211，判断是否存在早燃倾向。

在步骤ST211中，判断为早燃倾向再次出现的情况下(步骤ST211：是)，进入步骤ST213，撤销恢复值，即撤销VVT重叠角的恢复，并返回至步骤ST203。在步骤ST211中，判断为不存在早燃倾向的情况下(步骤ST211：否)，进入初始循环(步骤ST212)。

图5是示出本发明所涉及的发动机早燃预防方法中的扭矩限制措施的实施及撤销的具体流程图。

在减小VVT重叠角的处理实施之后早燃倾向并未消失，并且VVT重叠角变为0°的情况下，进入限制扭矩的措施三(步骤ST301)。

在步骤ST302中将发动机的扭矩控制至第二阈值Z1，在步骤ST303中保持预定时间120s后，在步骤ST304中解除扭矩的限制，然后进入初始循环即步骤ST305。

图6是示出本发明所涉及的发动机早燃预防方法中的喷油加浓措施、减小VVT重叠角措施以及扭矩限制措施的实施及撤销的整体流程图。

图6对图3～图5的流程进行了汇总，从而更完整地呈现了本发明所涉及的发动机早燃预防方法的整体流程，图6中各个步骤的说明与图3～图5中各个步骤的说明相同，再次不再赘述。

[计算机可读取介质]

本发明的计算机可读取介质存储有用于执行上述的发动机早燃预防方法的程序。这里，计算机可读取介质并无特别限定，例如可使用硬盘、 CD-ROM/MO/MD/DVD/CD-R等光盘、IC卡、掩模ROM/EPROM/EEPROM/闪存ROM等半导体存储器等。

通过采用本发明的发动机早燃预防装置、发动机早燃预防方法及计算机可读取介质，能够在发动机即将发生早燃之前进行控制，从而能够预防早燃的发生，保护发动机不受到损害。

此外，本发明中，在加浓喷油之后实施对于扭矩和空燃比的检测，从而能够避免因加浓喷油而导致扭矩增大和空燃比低于限值的情况。

此外，本发明中，在加浓喷油不能达到抑制早燃的效果时，则减小VVT 重叠角；在加浓喷油和减小VVT重叠角都不能达到抑制早燃的效果时实施限扭控制，从而能够更可靠地预防早燃的发生，并且不会造成发动机抖动，不会使得用户的驾驶感变差。

此外，本发明中，在减小VVT重叠角的处理实施之后早燃倾向消失的情况下，优先取消喷油加浓而并非先取消减小VVT重叠角，从而能够更好地降低油耗、减少排放。

如上所述，对本发明进行了详细的说明，但上述说明仅是所有方面中的示例，本发明并不局限于此。未示例的无数的变形例被解释为可设想到而未脱离本发明的范围。

工业上的实用性

本发明所涉及发动机早燃预防装置、发动机早燃预防方法和计算机可读取介质可应用于各种车型的发动机的早燃预防。

标号说明

100 发动机

101 喷油嘴

102 进气气门

103 排气气门

10 判断单元

20 喷油嘴控制单元

30 进排气气门控制单元

40 扭矩限制单元。