CN109488509A - 一种永久啮合起动机的缸内直喷发动机的智能启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永久啮合起动机的缸内直喷发动机的智能启动方法，其特征在于具体步骤如下：ECU内部的智能启动模块接收到智能启动控制命令；根据存储在ECU内部的精确停机相位计算发动机启动参数；ECU响应曲轴信号齿事件，开始调用后续处理程序；ECU根据各缸做功参数，按照发动机点火顺序依次控制后续各缸做功；发动机启动成功。进一步缩短发动机的启动时间，降低发动机的启动负载，延长起动机和蓄电池的寿命。

Description

一种永久啮合起动机的缸内直喷发动机的智能启动方法

技术领域

本发明涉及一种车辆发动机智能启动控制方法，尤其涉及一种永久啮合起动机的缸内直喷发动机的智能启动方法，属于发动机控制技术领域。

背景技术

发动机启停控制系统，指的是车辆临时停车时发动机自动停机，当需要继续行驶时自动启动的一套系统。在等待信号灯或堵车时，启停控制系统能够缩短发动机怠速空转的时间，减少燃油消耗，降低排放，提高燃油经济性。据统计，启停控制系统在城市交通工况下最多可达15%的节油能力。

为了实现发动机停机后再启动功能，目前存在以下几种技术路线：

a）增加强化起动机、强化蓄电池的启动方式：通过强化起动机拖动发动机，能够实现发动机的快速直接启动，但同时也大幅增加了系统成本；

b）软件控制发动机先反转，再正转的启动方式：理论上可以实现发动机的无起动机启动，但实现难度较大，为提高启动成功率，需要引入发动机停机位置控制装置，增加了系统成本；推动发动机反转的能量来自压缩气缸，由于做功后的废气无法排出压缩气缸，在发动机正转时很难再次提供动力，导致启动过程中膨胀气缸和压缩气缸的动力分配不均，容易使发动机产生较大振动，降低了舒适性，不利于实际工程应用；

c）软件控制发动机直接启动方式：通过发动机停机阶段识别发动机正反转，获得发动机精确停机相位，再次启动时直接从该相位启动。此方式没有考虑膨胀气缸的做功条件，没能充分挖掘发动机的启动潜力；每次启动都需要起动机介入，在频繁启停的工况下使得起动机和蓄电池的寿命大幅降低，不利于实际工程应用

d）软件控制膨胀气缸辅助启动方式：启动时起动机带动发动机运转，同时在膨胀气缸内喷油、点火，利用膨胀气缸做功提供的动力，降低起动机的启动负载。此方法没有考虑起动机小齿啮合状态，导致膨胀气缸动力和起动机动力无法匹配：如果膨胀气缸先做功而小齿没有完全啮合，则会出现打齿现象，产生较大噪音，严重的话会导致发动机启动失败；如果起动机运转后膨胀气缸才完成做功，则无法在起动机启动负载最大时形成合力，无法有效降低启动负载。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永久啮合起动机的缸内直喷发动机的智能启动方法，适用于实际工程应用，进一步缩短发动机的启动时间，降低发动机的启动负载，延长起动机和蓄电池的寿命。

本发明的技术方案是这样实现的：一种永久啮合起动机的缸内直喷发动机的智能启动方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）ECU内部的智能启动模块接收到智能启动控制命令；

（2）根据存储在ECU内部的精确停机相位计算发动机启动参数；

所述发动机启动参数包括膨胀气缸缸号、压缩气缸缸号、膨胀气缸气体体积、压缩气缸气体体积、膨胀气缸喷油参数、压缩气缸喷油参数、膨胀气缸点火参数、压缩气缸点火参数、膨胀气缸阻力矩、压缩气缸阻力矩、膨胀气缸启动力矩、压缩气缸启动力矩；所述喷油参数包括喷油持续时间、喷油提前角；

所述点火参数包括点火蓄能时间、点火结束角；

以上参数的具体含义如下：膨胀缸缸号是指处于做功冲程的气缸缸号、压缩缸缸号是指处于压缩冲程的气缸缸号；ECU根据发动机的停机位置计算出上述缸号，以便启动阶段对相应的气缸进行喷油、点火；膨胀气缸气体体积、膨胀气缸阻力矩、膨胀气缸启动力矩是计算膨胀气缸喷油参数、膨胀气缸点火参数的输入参数；压缩气缸气体体积、压缩气缸阻力矩、压缩气缸启动力矩是计算压缩气缸喷油参数、压缩气缸点火参数的输入参数；

（3）在发动机静止的情况下，ECU根据膨胀气缸喷油持续时间控制膨胀气缸喷油器往膨胀气缸内喷射燃油；

（4）在发动机静止的情况下，ECU根据压缩气缸喷油持续时间控制压缩气缸喷油器往压缩气缸内喷射燃油；

（5）在发动机静止的情况下，ECU根据膨胀气缸点火蓄能时间控制膨胀气缸火花塞完成点火动作，膨胀气缸完成做成，推动膨胀气缸活塞向下运行；

（6）ECU开启曲轴信号齿事件处理S4，并同时等待曲轴信号齿事件和压缩气缸点火事件，如果曲轴信号齿事件发生，则执行步骤7，如果压缩气缸点火事件发生，则执行步骤13；

所述的曲轴信号齿事件发生在曲轴信号下降沿或者是上升沿，在曲轴信号齿事件关闭之前，每一个曲轴信号沿都会触发一次曲轴信号齿事件；

（7）ECU响应曲轴信号齿事件，开始调用后续处理程序；

（8）ECU计算当前发动机状态参数；

所述的发动机状态参数包括：曲轴齿周期、发动机齿转速、发动机齿加速度、发动机当前动力矩、发动机当前相位距离下一次做功点的角度距离、发动机当前相位距离下一次做功点的阻力矩；

ECU根据曲轴齿周期计算得出发动机齿转速；根据连续两个曲轴齿的齿转速计算得到发动机齿加速度；根据发动机齿转速、发动机齿加速度、活塞连杆质量计算得到发动机上前动力矩；根据发动机当前相位距离下一次做功点的角度距离、发动机当前相位、发动机齿速度、发动机齿加速度查表得到发动机当前相位距离下一次做功点的阻力矩；

（9）ECU判断当前加速度是否小于0，且发动机齿转速是否小于设定转速，如果是，则执行步骤10，否则返回步骤7，并等待下一次曲轴信号齿事件S13；

（10）ECU根据当前发动机齿转速、发动机当前相位等参数预测发动机的停机相位；

（11）ECU判断发动机是否可以运转到下一个做功点，如果是，则返回步骤7，并等待下一个曲轴信号齿事件，否则执行步骤12；

（12）ECU控制永久啮合起动机启动，带动发动机飞轮继续启动，然后执行步骤16；

（13）ECU响应压缩气缸点火事件，并开始后续处理程序；

（14）ECU根据压缩气缸点火参数控制压缩气缸火花塞完成点火动作，压缩气缸做功，推动压缩气缸活塞向下运行；

（15）ECU根据发动机工况计算后续各缸做功参数

（17）ECU根据各缸做功参数，按照发动机点火顺序依次控制后续各缸做功；

（18）发动机启动成功。

永久啮合起动机的使用，为智能启动提供了多种可能。由于起动机小齿永久啮合在飞轮大齿中，无需起动机啮合过程，在发动机飞轮运转的过程中，也能够随时启动起动机，尤其适用于停机过程中用户突然改变想法，重新启动发动机的工况。在启动过程中，ECU可以根据启动工况综合判断起动机是否需要介入启动过程。上述智能启动控制方法的最优情况是，膨胀气缸和压缩气缸都能提供充足的启动能量，能够实现无起动机启动，最大限度的降低了起动机负载和蓄电池负载；一般情况是，膨胀气缸做功启动，起动机在启动力矩不足时提供部分动力，大幅降低起动机的启动负载。由于启动过程直接从膨胀气缸开始，省去了ECU识别发动机同步的过程，省去了起动机啮合时间，使得发动机的启动时间进一步缩短。

本发明的积极效果是通过降低启动负载、缩短启动时间，最大幅度的延长了起动机和蓄电池的寿命，从而不需要增加强化起动机和强化蓄电池，降低了系统成本；同时，启动过程中不存在膨胀气缸和压缩气缸动力分配不均的情况，也不存在起动机啮合过程，降低了启动噪音，提高了系统的舒适性。

附图说明

图1为本发明的缸内直喷发动机的部件示意图。

图2为本发明的具有永久啮合起动机的缸内直喷发动机的智能启动控制方法的控制流程图。

C1-膨胀气缸、C2-压缩气缸、C21-膨胀气缸活塞、C22-压缩气缸活塞、C31-膨胀气缸火花塞、C32-膨胀气缸喷油器、C33-压缩气缸火花塞、C34-压缩气缸喷油器、C41-发动机飞轮、C42-永久啮合起动机、C51-ECU。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

本发明的基本思路是根据发动机的启动工况，智能判别起动机是否需要介入启动过程，以便最大幅度的降低启动力矩，同时充分利用了发动机启动过程中膨胀气缸的做功力矩，缩短启动时间。

本实施例的发动机的一种停机状态示意图如图1-2所示，膨胀气缸C1是停机后活塞下行且进气门和排气门都关闭的气缸；压缩气缸C2是停机后活塞上行且进气门和排气门都关闭的气缸。本实施例中充分考虑了膨胀气缸和压缩气缸的做功条件，一种永久啮合起动机的缸内直喷发动机的智能启动方法，具体步骤如下：

（1）ECU C51内部的智能启动模块接收到智能启动控制命令；

（2）根据存储在ECU C51内部的精确停机相位计算发动机启动参数S0；

上述发动机启动参数包括膨胀气缸C1缸号、压缩气缸C2缸号、膨胀气缸C1气体体积、压缩气缸C2气体体积、膨胀气缸C1喷油参数、压缩气缸C2喷油参数、膨胀气缸C1点火参数、压缩气缸C2点火参数、膨胀气缸C1阻力矩、压缩气缸C2阻力矩、膨胀气缸C1启动力矩、压缩气缸C2启动力矩；

上述喷油参数包括喷油持续时间、喷油提前角；上述点火参数包括点火蓄能时间、点火结束角；

以上参数的具体含义如下：膨胀缸C1缸号是指处于做功冲程的气缸缸号、压缩缸C2缸号是指处于压缩冲程的气缸缸号；ECU根据发动机的停机位置计算出上述缸号，以便启动阶段对相应的气缸进行喷油、点火；膨胀气缸气体体积、膨胀气缸阻力矩、膨胀气缸启动力矩是计算膨胀气缸喷油参数、膨胀气缸点火参数的输入参数；压缩气缸气体体积、压缩气缸阻力矩、压缩气缸启动力矩是计算压缩气缸喷油参数、压缩气缸点火参数的输入参数；

（3）在发动机静止的情况下，ECU C51根据膨胀气缸喷油持续时间控制膨胀气缸喷油器C32往膨胀气缸内喷射燃油S1；

（4）在发动机静止的情况下，ECU C51根据压缩气缸喷油持续时间控制压缩气缸喷油器C34往压缩气缸内喷射燃油S2；

（5）在发动机静止的情况下，ECU C51根据膨胀气缸点火蓄能时间控制膨胀气缸火花塞C31完成点火动作，膨胀气缸完成做成，推动膨胀气缸活塞C21向下运行S3；

（6）ECU C51开启曲轴信号齿事件处理S4；上述曲轴信号齿事件发生在曲轴信号下降沿或者是上升沿，在曲轴信号齿事件关闭之前，每一个曲轴信号沿都会触发一次曲轴信号齿事件；

ECU C51同时等待曲轴信号齿事件和压缩气缸点火事件，如果曲轴信号齿事件发生，则执行步骤7，如果压缩气缸点火事件发生，则执行步骤13；

（7）ECU C51响应曲轴信号齿事件，开始调用后续处理程序S11；

（8）ECU C51计算当前发动机状态参数S12；

上述发动机状态参数包括：曲轴齿周期、发动机齿转速、发动机齿加速度、发动机当前动力矩、发动机当前相位距离下一次做功点的角度距离、发动机当前相位距离下一次做功点的阻力矩；

（9）ECU C51判断当前加速度是否小于0，且发动机齿转速是否小于设定转速，如果是，则执行步骤10，否则返回步骤7，并等待下一次曲轴信号齿事件S13；

（10）ECU C51根据当前发动机齿转速、发动机当前相位等参数预测发动机的停机相位S14；

（11）ECU C51判断发动机是否可以运转到下一个做功点S15，如果是，则返回步骤7，并等待下一个曲轴信号齿事件，否则执行步骤12；

（12）ECU C51控制永久啮合起动机C42启动S16，带动发动机飞轮C41继续启动，然后执行步骤16；

（13）ECU C51响应压缩气缸点火事件，并开始后续处理程序S21；

（14）ECU C51根据压缩气缸点火参数控制压缩气缸火花塞C33完成点火动作，压缩气缸做功，推动压缩气缸活塞C22向下运行S22；

（15）ECU C51 根据发动机工况计算后续各缸做功参数S23；

（16）ECU C51 关闭曲轴信号齿事件处理 S5；

（17）ECU根据各缸做功参数，按照发动机点火顺序依次控制后续各缸做功S6；

（18）发动机启动成功。

Claims (1)

1.一种永久啮合起动机的缸内直喷发动机的智能启动方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）ECU内部的智能启动模块接收到智能启动控制命令；

（2）根据存储在ECU内部的精确停机相位计算发动机启动参数；

所述发动机启动参数包括膨胀气缸缸号、压缩气缸缸号、膨胀气缸气体体积、压缩气缸气体体积、膨胀气缸喷油参数、压缩气缸喷油参数、膨胀气缸点火参数、压缩气缸点火参数、膨胀气缸阻力矩、压缩气缸阻力矩、膨胀气缸启动力矩、压缩气缸启动力矩；所述喷油参数包括喷油持续时间、喷油提前角；

所述点火参数包括点火蓄能时间、点火结束角；

以上参数的具体含义如下：膨胀缸缸号是指处于做功冲程的气缸缸号、压缩缸缸号是指处于压缩冲程的气缸缸号；ECU根据发动机的停机位置计算出上述缸号，以便启动阶段对相应的气缸进行喷油、点火；膨胀气缸气体体积、膨胀气缸阻力矩、膨胀气缸启动力矩是计算膨胀气缸喷油参数、膨胀气缸点火参数的输入参数；压缩气缸气体体积、压缩气缸阻力矩、压缩气缸启动力矩是计算压缩气缸喷油参数、压缩气缸点火参数的输入参数；

（3）在发动机静止的情况下，ECU根据膨胀气缸喷油持续时间控制膨胀气缸喷油器往膨胀气缸内喷射燃油；

（4）在发动机静止的情况下，ECU根据压缩气缸喷油持续时间控制压缩气缸喷油器往压缩气缸内喷射燃油；

（5）在发动机静止的情况下，ECU根据膨胀气缸点火蓄能时间控制膨胀气缸火花塞完成点火动作，膨胀气缸完成做成，推动膨胀气缸活塞向下运行；

（6）ECU开启曲轴信号齿事件处理S4，并同时等待曲轴信号齿事件和压缩气缸点火事件，如果曲轴信号齿事件发生，则执行步骤7，如果压缩气缸点火事件发生，则执行步骤13；

所述的曲轴信号齿事件发生在曲轴信号下降沿或者是上升沿，在曲轴信号齿事件关闭之前，每一个曲轴信号沿都会触发一次曲轴信号齿事件；

（7）ECU响应曲轴信号齿事件，开始调用后续处理程序；

（8）ECU计算当前发动机状态参数；

所述的发动机状态参数包括：曲轴齿周期、发动机齿转速、发动机齿加速度、发动机当前动力矩、发动机当前相位距离下一次做功点的角度距离、发动机当前相位距离下一次做功点的阻力矩；

ECU根据曲轴齿周期计算得出发动机齿转速；根据连续两个曲轴齿的齿转速计算得到发动机齿加速度；根据发动机齿转速、发动机齿加速度、活塞连杆质量计算得到发动机上前动力矩；根据发动机当前相位距离下一次做功点的角度距离、发动机当前相位、发动机齿速度、发动机齿加速度查表得到发动机当前相位距离下一次做功点的阻力矩；

（9）ECU判断当前加速度是否小于0，且发动机齿转速是否小于设定转速，如果是，则执行步骤10，否则返回步骤7，并等待下一次曲轴信号齿事件S13；

（10）ECU根据当前发动机齿转速、发动机当前相位等参数预测发动机的停机相位；

（11）ECU判断发动机是否可以运转到下一个做功点，如果是，则返回步骤7，并等待下一个曲轴信号齿事件，否则执行步骤12；

（12）ECU控制永久啮合起动机启动，带动发动机飞轮继续启动，然后执行步骤16；

（13）ECU响应压缩气缸点火事件，并开始后续处理程序；

（14）ECU根据压缩气缸点火参数控制压缩气缸火花塞完成点火动作，压缩气缸做功，推动压缩气缸活塞向下运行；

（15）ECU根据发动机工况计算后续各缸做功参数

（17）ECU根据各缸做功参数，按照发动机点火顺序依次控制后续各缸做功；

（18）发动机启动成功。