CN103114919B - 一种发动机冷启动方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机冷启动方法及装置，包括：在气缸的任一进气冲程结束之前，计算该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例；判断是否到达该任一进气冲程时刻；如果到达，判断该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例是否在允许喷油的比例范围之内；如果比例在允许喷油的比例范围之内，允许对该气缸喷油；可见，由于本发明在气缸的任一进气冲程结束之前，计算了该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例，从而能够在进气冲程时刻根据该比例判断气缸内是否有足够热空气，在判断有足够热空气时允许喷油，提高燃油燃烧概率。

Description

一种发动机冷启动方法及装置

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别涉及一种发动机冷启动方法及装置。

背景技术

发动机是一种将燃料化学能转化为机械能的一种内燃机。在电控燃油机控制策略中的冷启动是指发动机在低大气温度的环境下起动。在发动机起动之前，发动机控制单元根据进气温度来控制进气加热格栅的开启和加热时间，通过进气加热格栅对进气总管内空气进行加热以提高进气温度，使发动机燃油喷射时气缸内的热空气有利于燃油的燃烧。

但是，由于目前缺乏对何时执行发动机燃油喷射的有效判断，经常发生气缸内的热空气还不足时，就对该气缸进行了燃油喷射，导致燃油燃烧的机率非常小，影响冷起动效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种发动机冷启动方法及装置以实现提高燃油燃烧概率的目的。

本发明提供了一种发动机冷启动方法，该方法包括：

在气缸的任一进气冲程结束之前，计算该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例；

判断是否到达该任一进气冲程时刻；

如果到达，判断该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例是否在允许喷油的比例范围之内；

如果比例在允许喷油的比例范围之内，允许对该气缸喷油。

本发明还提供了一种发动机冷启动装置，包括：

热空气比例计算单元：用于在气缸的任一进气冲程结束之前，计算该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例；

进气冲程时刻判断单元：用于判断是否到达该任一进气冲程时刻；

喷油判断单元：用于如果到达该任一进气冲程时刻，判断该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例是否在允许喷油的比例范围之内，如果比例在允许喷油的比例范围之内，允许对该气缸喷油。

可见本发明具有如下有益效果：

由于本发明在气缸的任一进气冲程结束之前，计算了该气缸的进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例，从而可以在到达该任一进气冲程时刻，根据该比例准确判断出气缸内是否有足够的热空气，在有足够的热空气时允许对该气缸喷油，可以使燃油燃烧的概率提高，提高冷启动效果。

附图说明

图1是本发明一种发动机冷启动方法实施例流程图；

图2是发动机内热空气扩散示意图；

图3是本发明一种发动机冷启动装置实施例组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

参见图1，为本发明提供的一种发动机冷启动方法的流程图，如图1所示，该方法可以包括：

S101、在气缸的任一进气冲程结束之前，计算该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例；

S102、判断是否到达该任一进气冲程时刻；

S103、如果到达，判断该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例是否在允许喷油的比例范围之内；

S104、如果比例在允许喷油的比例范围之内，允许对该气缸喷油。

应用上述实施例方法，由于本发明在气缸的任一进气冲程结束之前，计算了该气缸的进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例，因此，根据该气缸的进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例，可以在到达该气缸的进气冲程时刻，准确判断出气缸内是否有足够的热空气，在有足够的热空气时允许对该气缸喷油，可以使燃油燃烧的概率提高，提高冷启动效果。

为了使本发明更加易于理解，首先结合图2所示发动机进气总管内进气加热示意图对热空气的扩散进行详细说明，如图2所示，热空气由进气加热格栅201位置向进气总管终点端202方向扩散，在扩散过程中在进气总管203内的热空气通过进气歧管204进入气缸1到气缸6，其中，气缸1到气缸6的进气冲程发生的顺序为气缸1、气缸5、气缸3、气缸6、气缸2、气缸4，热空气依次进入气缸1，气缸5、气缸3、气缸6、气缸2、气缸4，例如，判断是否到达气缸的进气冲程时刻的首次判断可以从气缸1开始。

下面，以下述实施例为例对本发明步骤S101进行详细说明：

(实施例一)

步骤S101可以通过判断在进气总管和气缸安装的已知位置的温度传感器感应到的温度变化预先计算该气缸的进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例，具体地，例如：

可以通过采集在进气总管和气缸安装的已知位置的温度传感器的信号，获取冷热空气相接边缘在进气总管内的位置；

根据冷热空气相接边缘在进气总管内的位置，计算气缸的进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例。

例如，冷热空气相接边缘在进气总管内的位置可以为冷热空气相接边缘到进气总管终点端距离，可以预先通过实验总结得到的冷热空气相接边缘到进气总管终点端距离与气缸内热空气体积占该气缸容积的比例的对应关系，获得该气缸的进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例。

(实施例二)

步骤S101在气缸的任一进气冲程结束之前，计算该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例的具体实现可以为：

获取第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置；

以所述第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置，各气缸与进气总管的连接位置、进气总管横截面积和各气缸容积为已知条件，根据第一个进气冲程之后的任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置等于该任一进气冲程的上一进气冲程结束后热空气在进气总管内扩散到的位置，计算获得气缸的任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置；

根据该任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置，各气缸与进气总管的连接位置、进气总管横截面积和各气缸容积，计算获得该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例。

可见，由于该实施例根据第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置结合发动机的各气缸与进气总管的连接位置、进气总管横截面积和各气缸容积等结构参数，预先计算出进气冲程结束后气缸内热空气体积占该气缸容积的比例，使得该实施例二相对于实施例一来说，不需要在发动机内布置温度传感器，适于在实际中广泛应用。

其中，第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置具体可以为冷热空气相接边缘到进气总管终点端的距离；

所述气缸与进气总管的连接位置具体可以为气缸到进气总管的终点端的距离；

所述第一个进气冲程之后的气缸的任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置具体可以根据算式 $L_h\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{L}_h(k-1)-V_c/A_i& (L_h(k-1)-L_{i-1})\×A_i>V_c\\ L_{i-1}& (L_h(k-1)-L_{i-1})\×A_i\≤V_c\end{array}\right.$ 计算获得，其中，L_h(k)为该任一进气冲程开始时冷热空气相接边缘到进气总管终点端的距离，L_h(k-1)为该任一进气冲程的上一进气冲程开始时冷热空气相接边缘到进气总管终点端的距离，V_c为该气缸容积，A_i为进气总管横截面积，L_i-1为该进气冲程的上一进气冲程的气缸到进气总管终点端的距离。

步骤S101中该气缸的任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例具体可以根据算式f＝(V_c-(V_t+(L_h(k)-L_i)×A_i))/V_c计算获得，其中，f为该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例，V_c为该气缸容积，V_t为进气总管的歧管容积，L_h(k)为该任一进气冲程开始时冷热空气相接边缘到进气总管终点端的距离，L_i为该气缸到进气总管终点端的距离，A_i为进气总管横截面积。

其中，获取第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置的具体实现可以为，例如：

可以根据发动机起动之前，进气管内的空气是静止的，热量的传递依靠热辐射的特点，利用三维流动软件建立进气总管模型，其中包含进气加热格栅；

通过设置进气加热格栅的功率和加热时间模拟进气加热，获得进气总管内仿真温度分布结果，该仿真温度分布结果包括热空气的温度与热空气在进气总管内的位置的对应关系；

可以从仿真温度分布结果中获得在第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置。

需要说明的是，尽管在发动机起动之前，进气管内的空气是静止的，热量的传递依靠热辐射，可以通过三维流动软件模拟出第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置，但是，考虑从加热结束到发动机启动可能间隔一定时间，由于热空气损失可能导致模拟出的第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置可能有一定误差，因此，在本发明该实施例中，还可以利用试验修正的方法来修正计算出的结果，具体实现可以为：

采集布置在真实进气总管从进气加热格栅开始到终点端之间每隔预设距离分布的温度传感器的读数，获得进气总管内真实温度分布结果，其中进气加热格栅功率和加热时间可以根据实施情况调整；

通过比较真实温度分布结果与仿真温度分布结果获得修正系数；

根据该修正系数修正所述第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置。

需要说明的是，根据发动机的结构特点，气缸的进气冲程时刻可以根据曲轴角度结合曲轴和凸轮轴安装相位关系进行判断，因此，步骤S102可以根据曲轴角度判断是否到达该任一进气冲程时刻，其中，曲轴角度在有曲轴位置传感器的同步信号之前可以通过曲轴实时转速积分获得，积分初始角度可以通过获取发动机上一次停机时的曲轴角度获得，在有曲轴位置传感器的同步信号之后，可以根据同步信号实时获得。

在本发明另一实施例中，考虑到还可能存在其他喷油条件，例如：可以将轨压正常、曲轴与凸轮轴同步等作为必须同时满足的其他喷油条件，因此，步骤S104如果比例在允许喷油的比例范围之内，允许对该气缸喷油具体可以为如果比例在允许喷油的比例范围之内且同时满足喷油条件，允许对该气缸喷油。

另外，对于比例在允许喷油的比例范围之外的情况，考虑到可能存在曲轴转动圈数限制、温度限制和传感器故障检测等对热空气体积占气缸容积比例计算结果有一定影响，因此，本发明还可以包括：如果比例在允许喷油的比例范围之外，判断是否满足功能关闭条件，如果满足，允许对该气缸喷油。其中，判断是否满足功能关闭条件可以包括以下任意一种判断或者组合：

根据曲轴角度，计算曲轴转动圈数；

判断曲轴转动圈数是否大于标准圈数阈值；

如果大于，则满足功能关闭条件；

或者，

判断发动机温度是否大于标准温度阈值；

如果大于，则满足功能关闭条件；

或者，

判断曲轴位置传感器是否故障；

如果是，则满足功能关闭条件；

或者；

判断凸轮轴转速传感器是否故障；

如果是，则满足功能关闭条件；

或者，

判断冷却水温度传感器是否故障；

如果是，则满足功能关闭条件。

参见图3，为本发明提供的一种发动机冷启动装置的组成图，如图3所示，该装置可以包括：

热空气比例计算单元301：用于在气缸的任一进气冲程结束之前，计算该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例；

进气冲程时刻判断单元302：用于判断是否到达该任一进气冲程时刻；

喷油判断单元303：用于如果到达该任一进气冲程时刻，判断该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例是否在允许喷油的比例范围之内，如果比例在允许喷油的比例范围之内，允许对该气缸喷油。

其中，所述热空气比例计算单元301：可以用于获取第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置，以所述第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置，各气缸与进气总管的连接位置、进气总管横截面积和各气缸容积为已知条件，根据第一个进气冲程之后的任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置等于该任一进气冲程的上一进气冲程结束后热空气在进气总管内扩散到的位置，计算获得气缸的任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置，根据该任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置，各气缸与进气总管的连接位置、进气总管横截面积和各气缸容积，计算获得该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例。

再具体地，所述热空气比例计算单元301：可以用于根据算式 $L_h\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{L}_h(k-1)-V_c/A_i& (L_h(k-1)-L_{i-1})\×A_i>V_c\\ L_{i-1}& (L_h(k-1)-L_{i-1})\×A_i\≤V_c\end{array}\right.$ 计算获得第一个进气冲程之后的气缸的任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置，其中，L_h(k)为该任一进气冲程开始时冷热空气相接边缘到进气总管终点端的距离，L_h(k-1)为该任一进气冲程的上一进气冲程开始时冷热空气相接边缘到进气总管终点端的距离，V_c为该气缸容积，A_i为进气总管横截面积，L_i-1为该进气冲程的上一进气冲程的气缸到进气总管终点端的距离。

其中，所述热空气比例计算单元301：可以用于根据算式f＝(V_c-(V_t+(L_h(k)-L_i)×A_i))/V_c计算获得该气缸的任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例，其中，f为该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例，V_t为进气总管的歧管容积，L_i为该气缸到进气总管终点端的距离。

在本发明一实施例中，热空气比例计算单元301：可以用于利用三维流动软件建立进气管模型，其中包含进气加热格栅，通过设置进气加热格栅的功率和加热时间模拟进气加热，获得进气总管内仿真温度分布结果，该仿真温度分布结果包括热空气的温度与热空气在进气总管内的位置的对应关系，可以从仿真温度分布结果中获得在第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置。

热空气比例计算单元：还可以采集布置在真实进气总管从进气加热格栅开始到终点端之间每隔预设距离分布的温度传感器的读数，获得进气总管内真实温度分布结果，通过比较真实温度分布结果与仿真温度分布结果获得修正系数，根据该修正系数修正所述第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置。

其中，所述喷油判断单元303：具体可以用于根据曲轴角度判断是否到达该任一进气冲程时刻，其中，所述曲轴角度在有曲轴位置传感器的同步信号之前通过曲轴实时转速积分获得，积分初始角度通过获取发动机上一次停机时的曲轴角度获得，在有曲轴位置传感器的同步信号之后，根据同步信号获得。

其中，所述喷油判断单元303：具体可以用于如果比例在允许喷油的比例范围之内且同时满足喷油条件，允许对该气缸喷油。

其中，所述喷油判断单元：还可以用于如果比例在允许喷油的比例范围之外，判断是否满足功能关闭条件，如果满足，允许对该气缸喷油。

其中，所述喷油判断单元可以包括以下任意判断子单元或者组合；

所述判断子单元：可以用于根据曲轴角度，计算曲轴转动圈数，判断曲轴转动圈数是否大于标准圈数阈值，如果大于，则满足功能关闭条件；

或者，

所述判断子单元：可以用于判断发动机温度是否大于标准温度阈值，如果大于，则满足功能关闭条件；

或者，

所述判断子单元：可以用于判断曲轴位置传感器是否故障，如果是，则满足功能关闭条件；

或者；

所述判断子单元：可以用于判断凸轮轴转速传感器是否故障，如果是，则满足功能关闭条件；

或者，

所述判断子单元：可以用于判断冷却水温度传感器是否故障，如果是，则满足功能关闭条件。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种发动机冷启动方法，其特征在于，包括：

在气缸的任一进气冲程结束之前，计算该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例；

判断是否到达该任一进气冲程时刻；

如果到达，判断该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例是否在允许喷油的比例范围之内；

如果比例在允许喷油的比例范围之内，允许对该气缸喷油。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在气缸的任一进气冲程结束之前，计算该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例的具体实现为：

获取第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置；

以第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置，各气缸与进气总管的连接位置、进气总管横截面积和各气缸容积为已知条件，根据第一个进气冲程之后的任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置等于该任一进气冲程的上一进气冲程结束后热空气在进气总管内扩散到的位置，计算获得气缸的任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置；

根据任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置，各气缸与进气总管的连接位置、进气总管横截面积和各气缸容积，计算获得任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置具体为冷热空气相接边缘到进气总管终点端的距离；

所述各气缸与进气总管的连接位置具体为各气缸到进气总管的终点端的距离；

所述气缸的任一进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置具体根据算式 $L_h\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{L}_h(k-1)-V_c/A_i& (L_h(k-1)-L_{i-1})\×A_i>V_c\\ L_{i-1}& (L_h(k-1)-L_{i-1})\×A_i\≤V_c\end{array}\right.$ 计算获得，其中，L_h(k)为该任一进气冲程开始时冷热空气相接边缘到进气总管终点端的距离，L_h(k-1)为该任一进气冲程的上一进气冲程开始时冷热空气相接边缘到进气总管终点端的距离，V_c为该气缸容积，A_i为进气总管横截面积，L_i-1为该进气冲程的上一进气冲程的气缸到进气总管终点端的距离。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例具体根据算式f＝(V_c-(V_t+(L_h(k)-L_i)×A_i))/V_c计算获得，其中，f为该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例，V_t为进气总管的歧管容积，L_i为该气缸到进气总管终点端的距离。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置的具体实现为：

利用三维流动软件建立进气管模型，其中包含进气加热格栅；

通过设置进气加热格栅的功率和加热时间模拟进气加热，获得进气总管内仿真温度分布结果，该仿真温度分布结果包括热空气的温度与热空气在进气总管内的位置的对应关系；

从该仿真温度分布结果中获得在第一个进气冲程开始时热空气在进气总管内扩散到的位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断是否到达该任一进气冲程时刻具体根据曲轴角度判断；

其中，所述曲轴角度具体在有曲轴位置传感器的同步信号之前通过曲轴实时转速积分获得，其中，积分初始角度通过获取发动机上一次停机时的曲轴角度获得；

在有曲轴位置传感器的同步信号之后根据同步信号获得。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述如果比例在允许喷油的比例范围之内，允许对该气缸喷油具体为如果比例在允许喷油的比例范围之内且同时满足喷油条件，允许对该气缸喷油。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

如果比例在允许喷油的比例范围之外，判断是否满足功能关闭条件，如果满足，允许对该气缸喷油。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述判断是否满足功能关闭条件包括以下任意一种判断或者组合：

根据曲轴角度，计算曲轴转动圈数；

判断曲轴转动圈数是否大于标准圈数阈值；

如果大于，则满足功能关闭条件；

或者，

判断发动机温度是否大于标准温度阈值；

如果大于，则满足功能关闭条件；

或者，

判断曲轴位置传感器是否故障；

如果是，则满足功能关闭条件；

或者；

判断凸轮轴转速传感器是否故障；

如果是，则满足功能关闭条件；

或者，

判断冷却水温度传感器是否故障；

如果是，则满足功能关闭条件。

10.一种发动机冷启动装置，其特征在于，包括：

热空气比例计算单元：用于在气缸的任一进气冲程结束之前，计算该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例；

进气冲程时刻判断单元：用于判断是否到达该任一进气冲程时刻；

喷油判断单元：用于如果到达该任一进气冲程时刻，判断该任一进气冲程结束后该气缸内热空气体积占该气缸容积的比例是否在允许喷油的比例范围之内，如果比例在允许喷油的比例范围之内，允许对该气缸喷油。