CN108661839B

CN108661839B - 一种基于状态机的柴油发动机栅格加热控制方法

Info

Publication number: CN108661839B
Application number: CN201611153810.6A
Authority: CN
Inventors: 张蕾; 王瑞; 王旭昊; 于正同; 王雅荟
Original assignee: Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC
Current assignee: Xian Aeronautics Computing Technique Research Institute of AVIC
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: CN108661839A

Abstract

一种基于状态机的汽车发动机栅格加热控制方法，将整个加热过程分为设置状态、预加热状态、曲轴加热状态、后加热状态及关闭状态状态。设置状态，等待2秒延迟则进入预加热状态；在预加热状态根据进气歧管温度和冷却液温度计算初始起动温度，并根据预加热温度插值表插值得到预加热时间；转速高于25RPM时，进入曲轴加热状态，当初始起动温度低于‑1℃，发动机转速高于4200RPM时，曲轴加热有效持续固定时间；当转速高于600RPM时，进入后加热状态，根据温度来计算后加热温度；其次根据后加热温度计算后加热计划；根据后加热计划和后加热阶段，按照后加热温度插值表插值得到后加热时间；按照确定计划输出加热功率；当后加热阶段结束或起动时序结束，进入关闭状态。

Description

一种基于状态机的柴油发动机栅格加热控制方法

技术领域

本发明属于汽车发动机控制领域。具体的说是一种汽车发动机栅格加热的控制方法，用于在发动机起动时，对进气道进行加热，改善发动机冷起动的执行，降低冷起动之后白烟的释放，辅助发动机在寒冷环境下顺利起动。

背景技术

柴油发动机喷油时，将柴油喷入汽缸中，使雾状柴油与汽缸中的压缩空气充分混合，形成高温、高压的可燃气体，并自行燃烧。但是，当环境温度降低时，柴油机燃烧室的温度也会随之降低；严寒时，柴油的黏度增大，流动性变差，甚至结腊；温度下降会使蓄电池活性降低，电容量减小，起动力矩也随之减少；以上三个原因导致柴油发动机在冷起动时，转速降低，起动困难。

本发明方法，将预热系统分为五个阶段，设置阶段、预加热阶段、曲轴加热阶段、后加热阶段和关闭阶段。在设置阶段，在从上电开始，发动机将在设置状态保持2s，目的是为了避免在获取初始的起动温度输入之前，上电电流瞬时过大，导致采集的初始起动温度过高；预加热阶段与现有发动机基本一致，通过硬件装置加热，提高了发动机的起动性能；在曲轴加热阶段，当转速处于25转到600转之间，根据进气歧管温度和冷却液温度作为参考，加热一定的时间，作为冷起动的辅助；在后加热阶段，当发动机成功起动之后，根据燃油温度、蓄电池温度及进气歧管温度作为参考，继续进行加热，帮助完成燃烧过程，减少白烟释放；在关闭阶段，当电池的电压将低、加热时间超限或燃油总量超限时，关闭栅格加热功能。

发明内容

本发明方法，依赖硬件系统的结构，使用一个输出驱动来控制栅格加热，硬件结构如图1所示。

栅格加热状态划分为设置状态、预加热状态、曲轴加热状态、后加热状态和关闭状态，参见图2，。

1、设置状态

从上电开始，发动机将在设置状态保持2s，之后将栅格加热状态切换至预加热状态。在设置状态预留的这个短时间的延迟，是为了避免在获取初始的起动温度输入之前，上电电流瞬时过大，导致采集的初始起动温度过高。

在设置状态需要计算预加热阶段使用的初始起动温度。初始起动温度由进气歧管温度和冷却液温度共同决定，初始起动温度公式(1)。

StartupTmptr＝min{[CoolantTmptr*Weight+ChargeTmptr*(1-Weight)],-18}…(1)

其中StartupTmptr表示初始起动温度，CoolantTmptr表示冷却液温度，ChargeTmptr表示进气歧管温度，Weight表示权值，函数min()表示取最小值。

2、预加热状态

预加热，是在发动机起动之前，完成对进气空气的加热。预加热状态的加热时间，由初始起动温度按照图3插值得到。在预加热状态中，加热器将输出100％的热量，并点亮起动进行中的灯，提醒驾驶员此刻不能进行起动。

当首次起动过程失败，会再次进入预加热状态，若先前预加热时间超过15s，则设置预加热时间为15s，这个功能主要是为了让操作者可通过转动钥匙开关，来延长预加热时间，同时防止由于持续的加热，导致电池电量耗尽。

3、曲轴加热状态

在曲轴转动时，在某些转速较高的条件下，加热器也需要输出热量，保证冷起动的顺利进行，这就是曲轴加热。当初始起动温度低于-1℃，发动机转速高于4200RPM，则控制加热器输出100％热量(固定时间)。

发动机的转速必须高于25RPM，且加热时间最多不能超过180s。

曲轴加热一般很少使用，因为曲轴加热需要花费很大的电流，再加上起动电机工作电流，很容易造成发动机起动困难。

4、后加热状态

发动机成功起动之后，加热器仍然需要进行一定时间的加热，这样帮助油料充分的燃烧，减少白烟排放。当转速超过600RPM时，栅格加热状态转入后加热状态，按照确定计划进行加热。

后加热状态完成的工作：

1)、根据燃油温度，蓄电池温度、进气歧管温度及初始起动温度来计算后加热温度；

2)、根据后加热温度计算后加热计划和后加热类型；

3)、根据后加热计划和后加热阶段，按照图5插值表插值得到后加热时间；

4)、按照确定计划输出加热功率。

1)、后加热温度计算

当燃油温度，蓄电池温度及进气歧管温度传感器采集值正确，且三者最小值小于(初始起动温度-210℃)，后加热温度被赋值为燃油温度，蓄电池温度及进气歧管温度的最小值，否则被赋值为初始起动温度。计算公式参见公式(2)。

其中，AirTmptr为进气歧管温度，BatTmptr为蓄电池温度，FuelTmptr为燃油温度，StartupTmptr为初始起动温度，PostHeatTmptr为计算得到的后加热温度。

2)、后加热计划计算

后加热计划由后加热温度确定，后加热计划的计算公式参见公式(3)。

其中，PostHeatTmptr为后加热温度，GHC_Schedule为后加热计划。

后加热计划决定了后加热周期类型，后加热周期类型分为两种：开环控制(基于时间)和闭环控制(基于时间和转速)。当后加热计划大于2时，采用闭环控制，否则采用开环控制，开环和闭环的控制参见图4。

3)、后加热阶段确定

在后加热阶段，加热器向外输出的功率大小不同，可用10s内输出的占空比来表示。后加热阶段有五个状态(0、1、2、3、6)，分别表示10s内输出占空比分别为100％、50％、12.5％、25％、0。根据后加热计划、发动机转速及后加热时间，来确定后加热阶段的状态。状态转移图参见图4。

4)、后加热时间计算

后加热时间，则由后加热计划和后加热状态，按照图5插值表插值得到。

5、关闭状态

当后加热结束或起动时序结束，则进入关闭状态。除此之外，在其他任何状态一旦出现，电池电压超过24V限制，或燃油总量超过400mg/stroked持续30s，则也需进入关闭状态。

附图说明

图1是本发明方法的硬件系统结构；

图2是本发明方法中栅格加热的状态转移图；

图3是本发明方法中预加热温度插值表；

图4是本发明方法中后加热状态开环和闭环控制图

图5是本发明方法中后加热温度插值表；

图6是本发明方法中栅格加热工作流程(后加热计划<＝2)；

图7是本发明方法中栅格加热工作流程(后加热计划>2)；

具体实施方式

以某型柴油发动机栅格加热控制方法为例，通过设置进气歧管温度、冷却液温度及转速，让加热器进入不同的工作状态，完成辅助加热功能。工作步骤如下：

步骤1：设置进气歧管温度为-23℃，冷却液温度为-25℃；

步骤2：设置转速为0RPM，发动机进入设置状态，停留2s之后，进入预加热状态，进行100％输出功率加热；

步骤3：按下钥匙开关，设置转速为500RPM，发动机进入曲轴加热状态，此时由于条件不满足，无需进行加热，因此本阶段不输出；

步骤4：设置转速为650RPM，发动机进入后加热阶段，由于此时后加热计划为2，采用开环控制。首先输出100％功率约20s，其次输出50％功率约10s，最后输出12.5％的功率持续120s，结束后加热阶段；

步骤5：当后加热结束，栅格加热进入关闭状态。

栅格加热工作流程参见图6。

当设置进气歧管温度为8℃，冷却液温度为8℃，后加热计划为3，采用闭环控制，工作步骤参见步骤2～步骤5，工作流程参见图7。

综上，本发明通过对栅格加热的状态进行细分，根据转速、进气歧管温度和冷却液温度等因素，控制加热器进入不同的状态，输出不同的功率，加热适当的时间。解决了柴油发动机低温起动问题，提高了低温起动性能，并减少起动过程中，大量白烟的释放。具有一定的实用性。

Claims

1.一种基于状态机的柴油发动机栅格加热控制方法，其特征在于：包括设置阶段、预加热阶段、曲轴加热阶段、后加热阶段和关闭阶段；通过以下步骤实现：1)设置状态，从上电开始，发动机将在设置状态保持M秒，保证采集到正确的初始起动温度，在此过程需根据进气歧管温度和冷却液温度，计算初始起动温度；2)预加热状态是在发动机起动之前，预加热状态的加热时间，由初始起动温度按照预加热温度插值表插值得到，在预加热状态中，根据初始起动温度，查表得到加热时间，在给定时间内输出100％的热量，同时点亮起动进行中的灯，提醒驾驶员此刻不能进行起动；当首次起动失败时，会再次进入预加热，若先前预加热时间超过N秒，则设置预加热时间为N秒；3)曲轴加热状态，当起动温度低于K℃，发动机转速高于Q RPM时，加热器100％输出热量，保证冷起动的顺利进行，其中K和Q为预先设置值；4)后加热状态，发动机成功起动之后，加热器进行一定时间的加热，当转速超过600PRM时，栅格加热状态转入后加热状态；后加热状态分为4步；①计算后加热温度；当燃油温度、蓄电池温度及进气歧管温度传感器采集值正确，且三者最小值小于初始起动温度减去210℃时，后加热温度被赋值为燃油温度、蓄电池温度及进气歧管温度的最小值，否则被赋值为初始起动温度；后加热温度通过

计算得出，其中AirTmptr为进气歧管温度，BatTmptr为蓄电池温度，FuelTmptr为燃油温度，StartupTmptr为初始起动温度，PostHeatTmptr为计算得到的后加热温度；

②根据后加热温度计算后加热计划和后加热类型，后加热计划通过公式

计算得出，其中，PostHeatTmptr为后加热温度，GHC_Schedule为后加热计划；

后加热计划决定了后加热周期类型，后加热周期类型分为基于时间的开环控制与基于时间和转速的闭环控制，当后加热计划大于2时，采用闭环控制，否则采用开环控制；③根据后加热计划和后加热阶段，按照后加热温度插值表插值得到后加热时间；其中后加热阶段有五个状态，分别表示10秒内输出占空比分别为100％、50％、12.5％、25％、0；④根据确定计划输出加热功率；5)当后加热结束或起动时序结束，则进入关闭状态，关闭加热器的输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于状态机的柴油发动机栅格加热控制方法，其特征在于：所述初始起动温度通过公式

StartupTmptr＝min{[CoolantTmptr*Weight+ChargeTmptr*(1-Weight)],-18}

计算得出，其中StartupTmptr表示初始起动温度，CoolantTmptr表示冷却液温度，ChargeTmptr表示进气歧管温度，Weight表示权值，函数min()表示取最小值。

3.根据权利要求1所述的一种基于状态机的柴油发动机栅格加热控制方法，其特征在于：所述M为2秒、N为15秒、K为-1℃、Q为4200RMP、Weight为0.5。

4.根据权利要求1所述的一种基于状态机的柴油发动机栅格加热控制方法，其特征在于：所述关闭状态还包括出现电池电压超过24V，或燃油总量超过400毫克/冲程持续30秒时，则进入关闭状态。