CN103147892A - 四缸缸内直喷汽油机直接起动的方法 - Google Patents

Abstract

四缸缸内直喷汽油机直接起动的方法属汽车发动机起动技术领域，本发明包括：判定直接启动的先决条件是否满足；若是，控制喷油系统向压缩缸内喷射燃油、点火系统点燃缸内燃油，推动发动机反转；在做功缸活塞上行过程中，控制喷油系统、点火系统向缸内喷油点火，推动发动机正转；在做功缸活塞转过其做功下止点后，控制喷油系统和点火系统向处于压缩行程的气缸内喷油和点火；据各缸工作时序控制喷油系统和点火系统向各气缸内喷油和点火，使发动机起动起来。采用本发明可不用起动电机的辅助，仅通过对缸内直喷汽油机的喷油系统和点火系统进行控制即可将发动机启动起来，且易实现，成本低，无需对原机作大幅度改动，可用于大部分缸内直喷汽油机上。

Description

四缸缸内直喷汽油机直接起动的方法

技术领域

本发明属汽车发动机起动技术领域，具体涉及一种四缸缸内直喷汽油机直接起动的方法。

背景技术

在城市运行的车辆都会因遇红灯或者堵车而停车，此时发动机往往仍处于怠速状态，延滞时间有时很长，不仅浪费了燃料，而且排放的废气造成了环境污染。故而行驶车辆在等待红灯或堵车时采用怠速熄火，可以有效实现行驶中车辆节能减排的双重目标。

采用怠速熄火则汽车在行驶过程中需要频繁的进行起动过程。目前，内燃机的起动过程大多利用起动电机辅助起动，当内燃机起动频繁时必须针对其进行发动机、起动电机、蓄电池、控制系统等相关部件的改进。常规的起动系统存在以下问题：(一)频繁起动会产生较大的振动和噪音，影响汽车的舒适性；(二)频繁起动会降低起动电机或者传输皮带的使用寿命。

如果在发动机频繁起动过程中，使起动电机不发生工作，即不在起动电机辅助条件下仅依靠自身的喷油点火将发动机直接起动起来，则能有效地解决频繁起动时发动机起动系统的损耗，及起动电机和发动机飞轮盘啮合时所产生的震动和噪音。缸内直喷汽油机能够实现对气缸内点火和喷油过程进行独立控制，从而为其在无起动电机辅助条件下仅依靠自身的喷油点火将发动机直接起动起来提供了基础条件。

然而，如果缸内直喷发动机采用无起动电机辅助的直接起动方式，则推动发动机转动的能量均需来自于气缸内燃料燃烧所释放的燃烧能，那么气缸内需要喷入适量的燃油，形成较好的混合气，且缸内燃油能够在适当的时候点燃，且充分并迅速燃烧，发出足够的能量，且发出的能量更多地转化为发动机的运动能。故而，当缸内直喷汽油机采用直接起动时，其对发动机的状态条件和气缸工作顺序等均需有一定的要求和限制。

例如：当缸内直喷汽油机采用直接起动时，喷入气缸的燃油需易于形成混合质量较好的混合气，则其需要发动机具有较好的热状态即发动机的冷却水温度较高，且还须具有较高的喷射压力，即油轨的燃油压力较高。

当缸内直喷汽油机采用直接起动时，缸内混合气能够充分并迅速燃烧，发出足够的能量，则要求气缸内须有足够的空气量，同时，为保证不同次起动之间缸内空气量的稳定性，以使不同次起动缸内燃油均能充分并迅速地燃烧，故需要发动机具有足够长的停机持续时间，使起动时刻气缸内的空气压力达到大气压力附近。

当缸内直喷汽油机采用直接起动时，燃烧释放的能量需更多地转换为发动机的有效运动能。则需要发动机在接收到起动指令后，首先使压缩缸(处于压缩行程的气缸)内发生喷油和点火，燃烧释放的能量推动发动机发生反转，进而推动处于做功行程的气缸内的活塞发生一定程度上行，提高该活塞下行时运动距离，进而使得做功缸(处于做功行程的气缸)内发生喷油和点火后，燃烧所释放的能量可以更多地转换为发动机的运动能，最终使发动机获取更多的正转有效运动能。同时，在缸内直喷汽油机采用直接起动时，还需要发动机在接收到起动指令时曲轴相位需处于一定的相位区间内，在这个相位区间内既能保证压缩缸内释放的燃烧能量能使发动机发生反转，但其转动量又不能过大，避免该缸活塞转过下止点；同时，在这个相位区间内还能保证，在做功缸内发生喷油和点火后，燃烧释放的能量能最终使发动机正转，且该缸活塞能转过其做功下止点；而且，由于压缩缸内已经发生过燃烧，故而为使发动机能成功起动，做功缸内燃烧释放的能量还需进一步推动该缸活塞转过其排气上止点。

通常来说，当装载为缸内直喷式汽油机的车辆在遇到红灯或者堵车而短暂熄火时，其发动机的状态非常有利于其再次起动过程采用直接起动方式。例如：发动机冷却水温和油轨内燃油压力的衰减程度较为缓慢，当发动机短暂停机时，发动机仍具有非常好的热状态，且油轨内燃油具有较高的压力，易于在气缸内形成混合质量较好的可点燃混合气；同时，发动机停机时活塞所处的位置通常也较为理想，能够形成足够的混合气，发出足够多的能量，进而推动发动机运转起来。

因此，在本技术领域，需要一种能够使缸内直喷汽油机在无起动电机辅助下直接将发动机启动起来的控制策略，以避免传统起动方式的固有问题。

发明内容

为解决或部分解决缸内直喷汽油机常规起动过程中震动较大、舒适性较差及起动系统部件易于损耗等一些固有缺陷，本发明提供了一种四缸缸内直喷汽油机直接起动的方法。

具体来说，本发明的目的在于提供一种不在起动电机辅助下，仅通过控制四缸缸内直喷汽油机的喷油系统和点火系统将四缸缸内直喷发动机起动起来。

本发明的四缸缸内直喷汽油机直接起动的方法可具体分为以下几个步骤：

(1)当接收到起动信号后，首先判定使能直接起动的先决条件是否满足，具体方法为：判断接收到起动指令时的发动机停机持续时间、冷却液温度、油轨内燃油压力和曲轴所处相位是否处于允许的范围，具体是指：

停机时间大于5s；

冷却水温需大于75℃；

油轨内燃油压力大于0.8mpa；

若将一缸活塞22在压缩上止点时的曲轴转动相位定为0°CA，则需曲轴相位处于95-110°CA、275-290°CA、455-470°CA或635-650°CA范围内；

若上述直接起动的先决条件满足，则执行下一步骤，否则进行起动电机辅助起动的常规起动控制；

(2)当满足直接起动的先决条件后，首先控制喷油系统向此时压缩缸内喷射燃油，且控制点火系统将此缸内的燃油点燃，燃烧释放的能量推动该缸活塞发生反转，使得此时做功缸内的活塞上行；

(3)在做功缸内活塞上行过程中，控制喷油系统和控制点火系统向此做功缸内进行喷油和点火，在做功缸内的燃烧能作用下最终推动发动机发生正转；

(4)在做功缸内的活塞转过其做功下止点后，控制喷油系统和点火系统向此时处于压缩行程的气缸内进行喷油和点火，其后，根据各缸工作时序控制喷油系统和点火系统向各气缸内陆续喷油和点火，使发动机起动起来；

(5)获取发动机实时转速信息，若转速大于怠速转速，该缸内直喷汽油机完成起动，进入怠速控制。

所述四缸缸内直喷发动机，其主要包括：四个工作气缸--一缸1、二缸2、三缸3、四缸4，四个活塞--一缸活塞22、二缸活塞23、三缸活塞24、四缸活塞25，起动电机20，喷油系统I，点火系统II和控制器19；喷油系统I包括高压油泵10，油轨9和四个喷油器--一缸喷油器5、二缸喷油器6、三缸喷油器7、四缸喷油器8；四个喷油器均与油轨9相连，且其头部分别伸入到四个工作气缸中，用于分别向各气缸内喷射燃油；点火系统II包括四个点火线圈--一缸点火线圈15、二缸点火线圈16、三缸点火线圈17、四缸点火线圈18和四个火花塞--一缸火花塞11、二缸火花塞12、三缸火花塞13、四缸火花塞14；四个火花塞其头部分别伸入四个工作气缸中，用于分别点燃各缸内的燃油；控制器19分别与喷油系统I、点火系统I和起动电机20相连，用于控制喷油系统I、点火系统II和起动电机20的工作过程。

所述控制喷油系统具体是指控制喷油系统中喷油器的喷射时刻和喷射持续期。

所述控制点火系统具体是指控制点火系统中火花塞的点火时刻和点火持续期。

所述压缩缸是指接收到启动指令时刻处于压缩行程的气缸。

所述做功缸是指接收到启动指令时刻处于做功行程的气缸。

与常规起动技术相比较，采用本发明可避免缸内直喷汽油机频繁起动时对起动电机或者传输皮带的使用寿命的不良影响，且不会产生起动电机与发动机啮合时出现的震动和噪音，使汽车起动过程中噪音更小、更安静及更舒适。同时，本发明所述方法易于实现，成本较低，无需对原机进行大幅度的改动，可用于大部分缸内直喷汽油机上，应用前景十分广泛。

附图说明

图1为本发明实施例中一种四缸缸内直喷汽油机的结构示意图

其中：I.喷油系统  II.点火系统  1.一缸  2.二缸  3.三缸  4.四缸  5.一缸喷油器6.二缸喷油器  7.三缸喷油器  8.四缸喷油器  9.油轨  10.高压油泵  11.一缸火花塞12.二缸火花塞  13.三缸火花塞  14.四缸火花塞  15.一缸点火线圈  16.二缸点火线圈  17.三缸点火线圈  18.四缸点火线圈  19.控制器  20.起动电机  21.机体  22.一缸活塞  23.二缸活塞  24.三缸活塞  25.四缸活塞

具体实施方式

为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图1对本发明的具体实施进行清晰、完整的描述。

在控制器19接收到起动信号后，首先判定是否满足停机时间大于5s；冷却水温需大于75℃；油轨9内的燃油压力大于0.8mpa；曲轴相位在95-110°CA、275-290°CA、455470°CA和635-650°CA(假设将一缸活塞22在压缩上止点时的曲轴转动相位定为0°CA)范围内的先决条件。

其中，控制器19接收汽车点火钥匙发出的起动信号。

如果这些先决条件不满足，则控制器19采用起动电机20辅助起动的常规起动控制。

如满足这些先决条件，则控制器19依据此时曲轴相位信息，判定各气缸的工作状态。发动机点火次序为1-3-4-2，若曲轴相位在95-110°CA时，三缸3处于压缩行程(为压缩缸)，一缸1处于做功行程(为做功缸)，四缸4处于进气行程，二缸2处于排气行程；若曲轴相位在275-290°CA时，四缸4为压缩缸，三缸3为做功缸；若曲轴相位在455-470°CA，二缸2为压缩缸，四缸4为做功缸；若曲轴相位在455-470°CA时，一缸1为压缩缸，二缸2为做功缸。

假设判定结果为一缸1为压缩缸，二缸2为做功缸，则控制系统19首先控制一缸喷油器5向一缸1内喷入燃油，在喷油结束后的一段时间后，约50ms，控制系统19控制一缸火花塞11开始点火。

在一缸1内的燃烧释放能推动一缸活塞22开始下行，二缸活塞23开始上行时，控制系统19控制二缸喷油器6开始向二缸2内喷入燃油，并随后利用二缸火花塞12将该缸内燃油点燃，最终在该缸燃烧能作用下推动发动机发生正转。

在本发明实施例中对于压缩缸(一缸1)和做功缸(二缸2)内喷油器的喷射持续期可根据喷油量和燃油压力进行估算；喷油量可根据缸内空气量和预设的过量空气系数进行估算，预设的过量空气系数为一定值，设为0.75；缸内空气量可根据曲轴相位和冷却液温度进行估算。

在本发明实施例中对于二缸火花塞12的点火时刻根据压缩缸内燃烧释放能所产生的发动机最大反转转速和其对应的曲轴相位进行确定。

在二缸活塞23下行转过做功下止点后，控制三缸喷油器7向三缸3内喷入燃油并用三缸火花塞13将缸内燃油点燃，此时喷油量为一预设值，喷射持续期可根据喷油量和燃油压力进行估算，喷射正时为该缸压缩上止点前120°CA，点火正时为压缩上止点前15°CA，点火持续期为40°CA。

其后，据各缸工作时序控制喷油系统和点火系统向各气缸内陆续喷油和点火，喷油量、喷油定时、点火正时和点火持续期按预设的Map确定，且通过发动机转速和冷却水温进行修正。

依据发动机实时转速信息，判定后续起动过程继续进行，如转速小于怠速转速(750r/min)，则发动机起动未完成，后续起动过程继续进行，直至转速大于怠速转速。

Claims (6)

1.一种四缸缸内直喷汽油机直接起动的方法，其特征在于，不在起动电机辅助下仅通过控制四缸缸内直喷汽油机的喷油系统和点火系统将四缸缸内直喷发动机起动起来，具体步骤包括：

(1)当接收到起动信号后，首先判定使能直接起动的先决条件是否满足，具体方法为：判断接收到起动指令时的发动机停机持续时间、冷却液温度、油轨内燃油压力和曲轴所处相位是否处于允许的范围，具体是指：

停机时间大于5s；

冷却水温需大于75℃；

油轨内燃油压力大于0.8mpa；

若将一缸活塞22在压缩上止点时的曲轴转动相位定为0°CA，则需曲轴相位处于95-110°CA、275-290°CA、455-470°CA或635-650°CA范围内；

若上述直接起动的先决条件满足，则执行下一步骤，否则进行起动电机辅助起动的常规起动控制；

(2)当满足直接起动的先决条件后，首先控制喷油系统向此时压缩缸内喷射燃油，且控制点火系统将此缸内的燃油点燃，燃烧释放的能量推动该缸活塞发生反转，使得此时做功缸内的活塞上行；

(3)在做功缸内活塞上行过程中，控制喷油系统和控制点火系统向此做功缸内进行喷油和点火，在做功缸内的燃烧能作用下最终推动发动机发生正转；

(4)在做功缸内的活塞转过其做功下止点后，控制喷油系统和点火系统向此时处于压缩行程的气缸内进行喷油和点火，其后，根据各缸工作时序控制喷油系统和点火系统向各气缸内陆续喷油和点火，使发动机起动起来；

(5)获取发动机实时转速信息，若转速大于怠速转速，该缸内直喷汽油机完成起动，进入怠速控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述四缸缸内直喷发动机，其主要包括：四个工作气缸--一缸(1)、二缸(2)、三缸(3)、四缸(4)，四个活塞--一缸活塞(22)、二缸活塞(23)、三缸活塞(24)、四缸活塞(25)，起动电机(20)，喷油系统(I)，点火系统(II)和控制器(19)；喷油系统(I)包括高压油泵(10)，油轨(9)和四个喷油器--一缸喷油器(5)、二缸喷油器(6)、三缸喷油器(7)、四缸喷油器(8)；四个喷油器均与油轨(9)相连，且其头部分别伸入到四个工作气缸中，用于分别向各气缸内喷射燃油；点火系统(I)包括四个点火线圈--一缸点火线圈(15)、二缸点火线圈(16)、三缸点火线圈(17)、四缸点火线圈(18)和四个火花塞--一缸火花塞(11)、二缸火花塞(12)、三缸火花塞(13)、四缸火花塞(14)；四个火花塞其头部分别伸入四个工作气缸中，用于分别点燃各缸内的燃油；控制器(19)分别与喷油系统(I)、点火系统(II)和起动电机(20)相连，用于控制喷油系统(I)、点火系统(II)和起动电机(20)的工作过程。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制喷油系统(I)是指控制喷油系统(I)中喷油器的喷射时刻和喷射持续期。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制点火系统(II)是指控制点火系统(II)中火花塞的点火时刻和点火持续期。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压缩缸是指接收到启动指令时刻处于压缩行程的气缸。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述做功缸是指接收到启动指令时刻处于做功行程的气缸。

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