CN110872994B

CN110872994B - 一种发动机冷启动控制方法、系统及车辆

Info

Publication number: CN110872994B
Application number: CN201911237527.5A
Authority: CN
Inventors: 卢大瑞; 夏进军; 姚湘
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2039-12-06
Also published as: CN110872994A

Abstract

本发明提供一种发动机冷启动控制方法，其根据环境温度控制发动机是否进入冷启动工作模式，在冷启动阶段根据发动机不同工作阶段选择设定设置不同运行阶段工作模式，包括第一、第二和第三运行阶段工作模式，三个工作模式用于执行不同操作事件控制发动机运行，通过短时间内的以预定燃油喷射量及预定点火正时开环控制发动机运行，避免了冷启动初期无法及时采集相关运行状态信号，相应控制时效性受影响的问题，同时结合校正燃油喷射量和延迟点火正时的闭环控制，改善冷启动时的燃烧过程,提高尾气净化处理效率，减少了HC和氮氧化物等污染物排放。本发明还提供了一种发动机冷启动控制系统及车辆。

Description

一种发动机冷启动控制方法、系统及车辆

技术领域

本发明属于发动机控制技术领域，尤其涉及一种发动机冷启动控制方法、系统以及使用该发动机的车辆。

背景技术

在低温环境下启动发动机时，由于环境温度低，发动机本身温度也低，燃油混合气的雾化效果不好，吸入的混合气中一部分燃油未及时汽化，许多的液体燃油会粘附在进气管道、气门等位置处，造成启动时燃油混合气过稀，启动困难。

目前通常情况下，通过喷射加浓的燃料喷射量以改善冷启动性能，但喷射量过大容易使得排出气缸的HC量迅速增加，且容易造成发动机积炭，当积炭饱和后，燃油重新滴入燃烧室内易造成混合气瞬间过浓引起抖动，进而使得发动机运行不稳定。

另外，发动机冷启动时, 控制系统的某些传感器本身也需要预热，无法及时采集相关运行状态信号，相应控制时效性受到影响。由于发动机冷启动期间排气温度低，无法及时达到尾气净化器的催化剂工作温度，导致排气中废气污染物排放量过大，虽然现有技术中常采用调整燃料喷射正时、空燃比、点火正时等方式进行控制，但各参数之间相互制约，且无法实现实时精确控制，导致HC和氮氧化物等排放仍然较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种发动机冷启动控制方法及系统，用于解决现有技术中发动机冷启动期间废气排放量高、且控制时效性差和精准性差的问题。

技术方案如下：

一种发动机冷启动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：判断用户是否输入了车辆启动命令，如果所述用户输入了车辆启动命令，判断所述发动机是否处于低温冷启动状态，如果所述发动机处于低温冷启动状态，则控制所述发动机进入冷启动工作模式的第一运行阶段工作模式；判断所述发动机转速是否大于预定转速值，如果所述发动机转速大于所述预定转速值，则控制所述发动机进入所述冷启动工作模式的第二运行阶段工作模式；判断所述第二运行阶段工作模式的运行时间是否大于预定工作时间，如果所述第二运行阶段工作模式的运行时间大于所述预定工作时间，则控制所述发动机进入冷启动工作模式的第三运行阶段工作模式；判断所述发动机尾气净化器的效率是否大于预定效率值，如果所述发动机尾气净化器的效率大于所述预定效率值，则控制所述发动机退出所述冷启动工作模式，并进入正常运行工作模式。

进一步地，所述第一运行阶段工作模式用于执行第一操作事件，所述第一操作事件用于执行发动机启动；所述第二运行阶段工作模式用于执行第二操作事件，所述第二操作事件包括执行燃油喷射量及点火正时的开环控制；所述第三运行阶段用于执行第三操作事件，所述第三操作事件包括执行所述燃油喷射量及所述点火正时的冷启动阶段闭环控制。

进一步地，所述燃油喷射量及点火正时的开环控制包括通过ECU控制燃油喷射致动器和点火正时致动器以预定燃油喷射量及预定点火正时控制发动机运行。

进一步地，所述预定燃油喷射量及预定点火正时由ECU检测的发动机转速和发动机负荷使用预定表格计算获得，其中，所述发动机转速由曲轴位置传感器检测获得，所述发动机负荷由节气门位置传感器检测获得。

进一步地，所述燃油喷射量及点火正时的冷启动阶段闭环控制包括通过ECU校正基本燃油喷射量和延迟点火正时，在校正所述基本燃油喷射量期间自适应地学习喷射量校正值，并且响应于喷射量校正值通过模糊控制器来校正所述基本燃油喷射量；并基于实际点火正时与预期点火正时的差值校正所述延迟点火正时。

进一步地，ECU基于所述发动机转速和空气进气量计算基本燃油喷油量，基于实际检测的进气温度和燃油混合气空燃比自适应学习喷射量校正值，并基于发动机燃烧室缸内压力获取实际点火正时，根据所述实际点火正时与预期点火正时的差值校正所述延迟点火正时。

进一步地，发动机预定转速值的范围为700~1500rpm，优选为1200rpm。

进一步地，预定工作时间的取值范围为15~22s，优选为18s。

一种用于发动机冷启动控制方法的系统，包括：信号采集模块，所述信号采集模块包括采用发动机运行工作状态的传感器；电子控制单元（ECU），所述电子控制单元进一步包括判断模块和工作模式设定模块；所述判断模块用于根据环境温度判断发动机是否处于冷启动状态；所述工作模式设定模块用于根据发动机不同工作阶段选择设定相应的工作模式，所述工作模式包括冷启动工作模式和正常运行工作模式；其中，所述冷启动工作模式进一步包括第一运行阶段工作模式、第二运行阶段工作模式和第三运行阶段工作模式；所述第一运行阶段工作模式用于执行第一操作事件，所述第一操作事件用于执行发动机启动；所述第二运行阶段工作模式用于执行第二操作事件，所述第二操作事件包括执行燃油喷射量及点火正时的开环控制；所述第三运行阶段用于执行第三操作事件，所述第三操作事件包括执行所述燃油喷射量及所述点火正时的冷启动阶段闭环控制；致动模块，所述致动模块用于控制发动机致动器，所述发动机致动器要包括燃油喷射致动器以及点火正时致动器；尾气净化模块，所述尾气净化模块包括发动机尾气净化器，所述尾气净化器内设置有三元催化剂。

一种车辆，包括一种用于发动机冷启动控制方法的系统。

一种用于发动机冷启动控制的计算机程序，其中所述计算机程序包括用于引起电子控制单元或连接到所述电子控制单元的计算机执行发动机冷启动控制方法的程序代码。

与现有技术相比，本申请提供的上述技术方案具有如下优点：

本申请以预定燃油喷射量为加浓的燃油喷射量，如此，相应补偿冷启动阶段未及时汽化的燃油，降低了氮氧化物和颗粒物排放。预定点火正时为延迟点火正时，有利于提高发动机排气温度，高温下排气会迅速加热发动机尾气净化器中的三元催化剂，进而有效降低污染物排放量。

ECU控制发动机冷启动阶段设置不同运行阶段工作模式，适应发动机冷启动不同阶段的工作需求，通过短时间内的以预定燃油喷射量及预定点火正时开环控制发动机运行，避免了冷启动初期无法及时采集相关运行状态信号，相应控制时效性受到影响的问题，同时结合校正燃油喷射量和延迟点火正时的闭环控制，改善冷启动时的燃烧过程, 提高尾气净化处理效率，减少了HC和氮氧化物等污染物排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请公开的一种发动机冷启动控制系统的功能框图；

图2是本申请公开的一种发动机冷启动控制系统的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1 示出了示例性发动机冷启动控制系统的功能框图。发动机控制系统包括信号采集模块10，判断模块20，工作模式设定模块30，致动模块40，尾气净化模块50以及电子控制单元（ECU）60。

信号采集模块10主要包括以下传感器：环境温度传感器101、空气流量传感器102、曲轴位置传感器103、缸内压力传感器104、节气门位置传感器105、冷却液温度传感器106、进气温度传感器107、排气入口氧传感器108、排气出口氧传感器109、启动开关信号110。环境温度传感器101向ECU提供车辆周围环境温度。空气流量传感器102向ECU提供进气量的信号。曲轴位置传感器103向ECU提供发动机曲轴转速和转角的信号，缸内压力传感器104向ECU提供发动机燃烧室缸内压力，节气门位置传感器105向ECU提供发动机负荷大小信号，冷却液温度传感器106向ECU提供发动机冷却液温度信号，进气温度传感器107向ECU提供发动机进气温度信号，排气入口氧传感器108和排气出口氧传感器109向ECU提供排气中的氧水平的信号，启动开关信号110向ECU提供发动机点火开关致动信号。

判断模块20，用于根据环境温度传感器101向ECU提供车辆周围环境温度，判断发动机是否处于冷启动状态。

工作模式设定模块30，用于根据发动机不同工作阶段选择设定相应的工作模式，包括冷启动工作模式和正常运行工作模式。其中，冷启动工作模式进一步被设定为包括第一运行阶段工作模式、第二运行阶段工作模式和第三运行阶段工作模式。

致动模块40用于控制发动机致动器，发动机致动器主要包括燃油喷射致动器401以及点火正时致动器402。发动机控制系统还可以控制其他致动器。作为示例，燃油喷射致动器401通过控制发动机燃油喷射器进而控制燃油喷射量，点火正时致动器402通过控制火花塞进而控制点火正时。

尾气净化模块50包括发动机尾气净化器，尾气净化器内设置有三元催化剂，其用于处理发动机燃烧过程中产生的尾气，同时能去除尾气中的CO、HC及NOx等污染物。

第一运行阶段工作模式执行第一操作事件，所述第一操作事件用于执行发动机启动；ECU检测发动机转速，当检测到的发动机转速不小于预定转速值时，ECU控制发动机进入第二运行阶段工作模式。发动机预定转速值的范围为700~1500rpm，优选为1200rpm。

第二运行阶段工作模式用于执行第二操作事件，所述第二操作事件包括执行燃油喷射量及点火正时的开环控制。ECU检测发动机转速和发动机负荷，然后使用预定表格计算预定燃油喷射量及预定点火正时。发动机转速和发动机负荷可以从来自曲轴位置传感器103和节气门位置传感器105的信号中获取。响应于第一运行阶段工作模式到第二运行阶段工作模式的转变，ECU控制燃油喷射致动器401和点火正时致动器402以预定燃油喷射量及预定点火正时控制发动机运行时的燃油喷射量及点火正时。

ECU判断当第二运行阶段工作模式的运行时间大于预定工作时间，控制发动机进入第三运行阶段工作模式。预定工作时间可以基于发动机性能参数进行试验数据标定的模拟曲线确定，也可以根据发动机排气温度范围确定。

第三运行阶段执行第三操作事件，所述第三操作事件包括执行燃油喷射量及点火正时的冷启动阶段闭环控制。

ECU基于进气温度传感器107检测的进气温度、缸内压力传感器104检测的燃烧室缸内压力等参数校正基本燃油喷射量和延迟点火正时。ECU控制燃油喷射量由基本燃油喷射量及校正燃油喷射量两部分组成，基于发动机转速和空气进气量计算基本燃油喷油量，校正燃油喷射量通过燃油喷射量校正值计算。通过实际检测的进气温度和燃油混合气空燃比与其相应的预定值进行比较及综合判断，在校正燃油喷射量期间自适应地学习喷射量校正值，并且响应于喷射量校正值通过一个模糊控制器来校正燃油喷射量。模糊控制器闭环处理发动机燃油喷射量校正值，模糊控制器提供具有作为燃油喷射量校正值的比例函数的第一分量，作为燃油喷射量校正值的积分函数的第二分量和作为燃油喷射量校正值的微分函数的第三分量的数据输出。ECU基于排气入口氧传感器108的检测信号计算燃油混合气空燃比。缸内压力传感器104检测气缸的整个燃烧周期内的燃烧室内的压力，其提供传送给模拟滤波器的测量信号或模拟电压信号。

ECU基于预期排气温度确定冷启动阶段延迟点火正时，在发动机运行过程中检测发动机燃烧室缸内压力并获取实际点火正时，基于实际点火正时与预期点火正时的差值校正延迟点火正时。

ECU基于发动机排气系统的排气入口氧传感器108和排气出口氧传感器109的氧水平信号获取尾气净化器的处理效率，当尾气净化器的效率达到预定效率值时，控制发动机退出冷启动工作模式，并进入正常运行工作模式。

图2 示出了示例性发动机冷启动控制系统的工作流程图。

在S101处，确定用户是否输入了车辆启动命令，如果是，则控制继续到S102处。如果否，则退出启动程序。用户可以通过启动点火开关、点火按钮等来输入车辆启动命令。

在S102处，判断环境温度是否低于预定温度，如果是，则控制发动机进入S103处，S103为冷启动工作模式的第一运行阶段工作模式。如果否，则控制发动机直接进入正常运行工作模式。

在S104处，判断发动机转速是否大于预定转速值，如果是，则控制发动机进入S105处，S105为冷启动工作模式的第二运行阶段工作模式。如果否，则继续执行S103第一运行阶段工作模式。ECU控制发动机进入第二运行阶段工作模式。发动机预定转速值的范围为700~1500rpm，优选为1200rpm。

在S106处，判断第二运行阶段工作模式的运行时间是否大于预定工作时间，如果是，则控制发动机进入S107处，S107为冷启动工作模式的第三运行阶段工作模式。如果否，则继续执行S105第二运行阶段工作模式。预定工作时间的取值范围为15~22s，优选为18s。

在S108处，判断发动机尾气净化器的效率是否大于预定效率值，如果是，则控制发动机退出冷启动工作模式，并进入正常运行工作模式。如果否，则继续执行S107第三运行阶段工作模式。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，对于方法类实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，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。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种发动机冷启动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

判断用户是否输入了车辆启动命令，如果所述用户输入了车辆启动命令，判断所述发动机是否处于低温冷启动状态，如果所述发动机处于低温冷启动状态，则控制所述发动机进入冷启动工作模式的第一运行阶段工作模式；

判断所述发动机转速是否大于预定转速值，如果所述发动机转速大于所述预定转速值，则控制所述发动机进入所述冷启动工作模式的第二运行阶段工作模式；

判断所述第二运行阶段工作模式的运行时间是否大于预定工作时间，如果所述第二运行阶段工作模式的运行时间大于所述预定工作时间，则控制所述发动机进入冷启动工作模式的第三运行阶段工作模式；

判断所述发动机尾气净化器的效率是否大于预定效率值，如果所述发动机尾气净化器的效率大于所述预定效率值，则控制所述发动机退出所述冷启动工作模式，并进入正常运行工作模式；

所述第一运行阶段工作模式用于执行第一操作事件，所述第一操作事件用于执行发动机启动；所述第二运行阶段工作模式用于执行第二操作事件，所述第二操作事件包括执行燃油喷射量及点火正时的开环控制；所述第三运行阶段用于执行第三操作事件，所述第三操作事件包括执行所述燃油喷射量及所述点火正时的冷启动阶段闭环控制；

所述燃油喷射量及点火正时的开环控制包括通过ECU控制燃油喷射致动器和点火正时致动器以预定燃油喷射量及预定点火正时控制发动机运行；所述预定燃油喷射量为加浓的燃油喷射量；

所述燃油喷射量及点火正时的冷启动阶段闭环控制包括通过ECU校正基本燃油喷射量和延迟点火正时，在校正所述基本燃油喷射量期间自适应地学习喷射量校正值，并且响应于所述喷射量校正值通过模糊控制器来校正所述基本燃油喷射量；基于实际点火正时与预期点火正时的差值校正所述延迟点火正时。

2.根据权利要求1所述的一种发动机冷启动控制方法，其特征在于，所述预定燃油喷射量及预定点火正时由ECU检测的发动机转速和发动机负荷使用预定表格计算获得，其中，所述发动机转速由曲轴位置传感器检测获得，所述发动机负荷由节气门位置传感器检测获得。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的发动机冷启动控制方法，其特征在于，ECU基于所述发动机转速和空气进气量计算基本燃油喷油量，基于实际检测的进气温度和燃油混合气空燃比自适应学习所述喷射量校正值，并基于发动机燃烧室缸内压力获取实际点火正时。

4.一种执行权利要求1-3中任一项所述的发动机冷启动控制方法的系统，其特征在于，包括：

信号采集模块，所述信号采集模块包括采用发动机运行工作状态的传感器；

电子控制单元（ECU），所述电子控制单元进一步包括判断模块和工作模式设定模块；

所述判断模块用于根据环境温度判断发动机是否处于冷启动状态；

所述工作模式设定模块用于根据发动机不同工作阶段选择设定相应的工作模式，所述工作模式包括冷启动工作模式和正常运行工作模式；

其中，所述冷启动工作模式进一步包括第一运行阶段工作模式、第二运行阶段工作模式和第三运行阶段工作模式；所述第一运行阶段工作模式用于执行第一操作事件，所述第一操作事件用于执行发动机启动；所述第二运行阶段工作模式用于执行第二操作事件，所述第二操作事件包括执行燃油喷射量及点火正时的开环控制；所述第三运行阶段用于执行第三操作事件，所述第三操作事件包括执行所述燃油喷射量及所述点火正时的冷启动阶段闭环控制；

致动模块，所述致动模块用于控制发动机致动器，所述发动机致动器要包括燃油喷射致动器以及点火正时致动器；

尾气净化模块，所述尾气净化模块包括发动机尾气净化器，所述尾气净化器内设置有三元催化剂。

5.一种车辆，包括根据权利要求4中所述的系统。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行根据权利要求1-3中任一项所述的发动机冷启动控制方法。