CN113107735B - 一种发动机起动控制方法、发动机及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机领域，公开了一种发动机起动控制方法、发动机及车辆。本发明提供的发动机起动控制方法，充分考虑了三元催化器的转化效率受温度的影响，将发动机的冷起动和热起动分别采用不同的控制方式。发动机冷起动时，先实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制，直至三元催化器的载体温度达到预设温度时再根据预设当量比调节空燃比；发动机热起动时，根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机，直至三元催化器的载体温度达到预设温度时再根据预设当量比调节空燃比。不仅尽可能地提高了三元催化器的转换效率，还降低了发动机起动过程中的污染物排放。

Description

一种发动机起动控制方法、发动机及车辆
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种发动机起动控制方法、发动机及车辆。
背景技术
发动机起动是发动机的一个典型工况，虽然时间较短，但确是发动机状态最不稳定、燃烧最为恶劣的工况。发动机起动的过程中会排放大量的废气，为了满足排放法规要求，改善排放的废气中污染物浓度，现有技术中多采用当量比控制进气量，并通过高压EGR和三元催化器对排放的废气进行处理。
但上述控制方法是基于当量比控制，并参照氧传感器的测量信号进行开、闭环控制，忽略了发动机起动过程中三元催化器的载体温度不足或不稳定时，三元催化器的转化效率受温度的影响而偏低的问题，进而造成发动机起动过程中排放超标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机起动控制方法、发动机及车辆，能够解决发动机起动过程中存在的排放超标问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种发动机起动控制方法，所述发动机起动控制方法包括：
发动机冷起动时，先实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制，直至三元催化器的载体温度达到预设温度时再根据预设当量比调节空燃比；所述预设函数关系为空燃比大于预设空燃比时三元催化器的载体温度和空燃比的函数关系，所述预设空燃比为控制发动机按照当量比为1工作时的空燃比的90%～100%；
发动机热起动时，根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机，直至三元催化器的载体温度达到所述预设温度时再根据预设当量比调节空燃比。
作为上述的发动机起动控制方法的一种优选技术方案，在根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机之前，判断三元催化器的载体温度是否达到预设温度；
若三元催化器的载体温度未达到预设温度，则根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机；
若三元催化器的载体温度达到预设温度，则根据预设当量比调节空燃比。
作为上述的发动机起动控制方法的一种优选技术方案，在根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机的时长达到预设时长，且三元催化器的载体温度未达到所述预设温度时，根据这一时刻三元催化器的载体温度、这一时刻当量比、所述预设温度及与所述预设温度对应的当量比确定当量比和三元催化器的载体温度之间的函数关系，并实时根据所述函数关系控制发动机。
作为上述的发动机起动控制方法的一种优选技术方案，所述当量比Q和三元催化器的载体温度T之间的函数关系为：Q=Q1+（Q预设-Q1）/（T预设-T1）×（T-T1） ，其中，
T1表示根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机的时长达到预设时长时三元催化器的载体温度；
Q1表示与T1对应的当量比；
T预设表示预设温度；
Q预设表示与T预设对应的当量比。
作为上述的发动机起动控制方法的一种优选技术方案，与所述预设温度T预设对应的当量比Q预设的取值范围为0.95～1.05。
作为上述的发动机起动控制方法的一种优选技术方案，所述停机时长指的是发动机控制器此次上电与上次下电之间的时间间隔。
作为上述的发动机起动控制方法的一种优选技术方案，所述预设温度大于300℃。
作为上述的发动机起动控制方法的一种优选技术方案，在实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制的过程中，判断是否收到氧传感器的测量信号；
若未收到车辆氧传感器的测量信号，则采用根据所述预设函数关系确定的空燃比控制发动机；
若收到车辆氧传感器的测量信号，则根据所述测量信号计算实际空燃比，并在所述实际空燃比不等于根据所述预设函数关系确定的空燃比时，调节所述实际空燃比为根据所述预设函数关系确定的空燃比。
本发明还提供了一种发动机，采用上述的发动机起动控制方法。
本发明还提供了一种车辆，包括上述的发动机。
本发明的有益效果：本发明提供的发动机起动控制方法，充分考虑了三元催化器的转化效率受温度的影响，将发动机的冷起动和热起动分别采用不同的控制方式。发动机冷起动时，先实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制，直至三元催化器的载体温度达到预设温度时再根据预设当量比调节空燃比，预设空燃比为控制发动机按照当量比为1工作时的空燃比的90%～100%，实现在发动机冷起动时对发动机进行燃料偏稀控制；发动机热起动时，根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机，直至三元催化器的载体温度达到预设温度时再根据预设当量比调节空燃比。不仅尽可能地提高了三元催化器的转换效率，还降低了发动机起动过程中污染物排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的发动机起动控制方法的主要流程图；
图2是本发明实施例提供的发动机起动控制方法的详细流程图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
现有技术中，发动机起动时的控制方法是基于当量比控制，并参照氧传感器的测量信号进行开、闭环控制，忽略了发动机起动过程中三元催化器的载体温度不足或不稳定时，三元催化器的转化效率受温度的影响而偏低的问题，进而造成发动机起动过程中排放超标。为此，本实施例提供了一种发动机起动控制方法，以解决发动机起动过程中存在的排放超标问题。
图1是本实施例提供的发动机起动控制方法的主要流程图，该发动机起动控制方法包括以下步骤：
发动机冷起动时，先实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制，直至三元催化器的载体温度达到预设温度时再根据预设当量比调节空燃比；预设函数关系为空燃比大于预设空燃比时三元催化器的载体温度和空燃比的函数关系；
发动机热起动时，根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机，直至三元催化器的载体温度达到预设温度时再根据预设当量比调节空燃比。
需要说明的是，上述空燃比指的是混合气中空气与燃料之间的质量比例，当量比指的是燃料燃烧时，完全燃烧理论所需要的空气量与实际供给的空气量之比，当量比大于1，表示可燃混合气中所含实际空气量少于所必需的理论空气量，即空气量不足。反之，当量比小于1，则表示可燃混合气中所含实际空气量超过所必需的理论空气量，即空气量过剩。
需要进一步说明的是，上述发动机为燃气发动机，预设空燃比根据发动机所用燃料确定，不同燃料对应的预设空燃比可能不同；上述发动机起动控制方法还可以适用于燃油发动机，对应地，上述预设空燃比可能不同，但总的要求是上述预设空燃比为控制发动机按照当量比为1工作时的空燃比的90%～100%，实现在发动机冷起动时，根据预设函数关系确定空燃比以对发动机进行燃料偏稀控制。
本实施例提供的发动机起动控制方法，充分考虑了三元催化器的转化效率受温度的影响，将发动机的冷起动和热起动分别采用不同的控制方式。不仅尽可能地提高了三元催化器的转换效率，还降低了发动机起动过程中污染物排放。
图2是本发明实施例提供的发动机起动控制方法的详细流程图，下面结合图2对上述发动机起动控制方法进行详细说明。
S1、判断是否是冷起动，若是，则执行S2，若否，则执行S4。
按照发动机控制器此次上电与上次下电之间的时间间隔，将发动机的起动方式分为发动机热起动和发动机冷起动，其中，发动机冷起动通常指的是发动机熄火后,在发动机温度已经下降至40℃以下时再次起动发动机的过程；发动机热起动指的是发动机熄火后，在发动机温度高于40℃时再次起动发动机的过程。
S2、实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制，并执行S3。
由于发动机冷起动时发动机温度和三元催化器的载体温度基本上已接近环境温度，三元催化器的载体温度较低时，三元催化器基本不起作用，为此，本实施例实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制，以减少送入的燃料量，增大空气量，从根本上控制污染物的生成量，不仅使燃料充分燃烧，还降低了生成的污染物量。
本实施例中，上述预设函数关系为空燃比大于14.7时三元催化器的载体温度和空燃比的函数关系，以便于以该预设函数关系调节空燃比控制发动机起动的过程中实现燃烧控制。可以通过多次重复试验的数据模拟得到上述预设函数，并嵌入到发动机控制器中。
S3、判断三元催化器的载体温度是否达到预设温度，若是，则根据预设当量比调节空燃比，若否，则返回S2。
发动机冷起动的过程中，三元催化器的载体温度逐渐增大，根据三元催化器的特性可知，在三元催化器的载体温度低于预设温度时，三元催化器的转化效率较低。上述预设温度为多次重复试验确定的已知值，本实施例中，上述预设温度大于300℃。
为此，在发动机冷起动的过程中，先实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制，并实时监测三元催化器的载体温度，在三元催化器的载体温度达到预设温度时，根据预设当量比调节空燃比，以提高三元催化器的转化效率为主进行控制，以减少废气中的污染物；在三元催化器的载体温度未达到预设温度时，则继续实时根据预设函数关系确定空燃比控制发动机起动，实现燃烧控制，以减少燃料投放量，增大空气投放量。
S4、判断三元催化器的载体温度是否达到预设温度，若是，则根据预设当量比调节空燃比，若否，则执行S5。
由于发动机热起动时，虽然发动机的温度和三元催化器的载体温度均未完全降下来，发动机此次上电和上次下电之间的时间间隔越长，发动机温度和三元催化器的载体温度也就越低。在三元催化器的载体温度低于预设温度时，三元催化器的转化效率过低。因此，在发动机热起动的过程中，先判断三元催化器的载体温度是否达到预设温度；若是三元催化器的载体温度达到预设温度，则说明发动机此次上电和上次下电之间的时间间隔较短，三元催化器的载体温度还很高，足以保证三元催化器正常工作，可以根据预设当量比调节空燃比，以提高三元催化器的转化效率为主进行控制，以减少废气中的污染物。
S5、根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，以该当量比控制发动机，同时执行S6。
上述停机时长指的是发动机控制器此次上电与上次下电之间的时间间隔。
发动机热起动的过程中，由于在发动机热起动的前提下，发动机此次上电和上次下电之间的时间间隔不会太长，发动机的冷却液温度和排气管的温度可能已经降下来，但受三元催化器本身的特性影响，三元催化器的载体温度下降速率低于发动机的冷却液温度下降的速率和排气管的温度下降的速率，具体受停机时长的影响。
本实施例以使废气中污染物浓度符合要求和提高三元催化器的转化效率为目的，采用多次重复试验的数据确定发动机热起动时停机时长、发动机控制器上电时的冷却液温度与当量比之间的关系曲线图，并嵌入发动机控制器内。在发动机热起动时，若三元催化器的载体温度低于预设温度，则根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度匹配上述关系曲线图中对应的当量比，根据该当量比控制发动机。
S6、判断三元催化器的载体温度是否达到预设温度，若是，则根据预设当量比调节空燃比，若否，则执行S7。
在根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度匹配上述关系曲线图中对应的当量比控制发动机的过程中，一旦三元催化器的载体温度达到预设温度，则根据预设当量比调节空燃比，以进一步提高三元催化器的转换效率，降低废气中的污染物含量。
S7、判断以该当量比控制发动机的时长是否达到预设时长，若是，则执行S8，若否，则返回S5。
由于根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度匹配的当量比控制发动机，虽然在一定程度上提高了三元催化器的转化效率，但随着发动机起动，三元催化器的载体逐渐升高，当量比一直不变的话，会导致发动机起动时间延长以及三元催化器得不到充分利用。为此，本实施例对根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度匹配的当量比控制发动机的时长进行了限定。至于上述预设时长的具体数值可以通过多次重复试验确定。
S8、根据这一时刻三元催化器的载体温度、这一时刻当量比、预设温度及与预设温度对应的当量比确定当量比和三元催化器的载体温度之间的函数关系，并实时根据函数关系控制发动机，直至三元催化器的载体温度达到预设温度时，根据预设当量比调节空燃比。
采用步骤S8调节当量比，使三元催化器的载体尽快升温，确保发动机正常起动。
优选地，上述当量比Q和三元催化器的载体温度T之间的函数关系为线性关系。具体地，该函数关系为：Q=Q1+（Q预设-Q1）/（T预设-T1）×（T-T1），其中，T1表示根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机的时长达到预设时长时三元催化器的载体温度；Q1表示与T1对应的当量比；T预设表示预设温度；Q预设表示与T预设对应的当量比。优选地，与预设温度T预设对应的预设当量比Q预设为0.95～1.05。需要说明的是，与预设温度T预设对应的预设当量比Q预设优选为1，而根据预设当量比为1调节空燃比的控制方法，为现有技术，在此不再详细赘叙。
进一步地，在实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制的过程中，是依据预设函数关系确定的空燃比，但由于受各种因素的影响，实际的空燃比不一定是根据预设函数关系确定空燃比，为此需要对空燃比进行校正。
由于氧传感器在温度较低时不工作。因此，在未收到车辆氧传感器的测量信号时，则采用根据预设函数关系确定的空燃比控制发动机，实现空燃比的开环控制；在收到车辆氧传感器的测量信号时，则根据所述测量信号计算实际空燃比，并在所述实际空燃比不等于根据所述预设函数关系确定的空燃比时，调节所述实际空燃比为根据预设函数关系确定的空燃比，以对实际空燃比进行校正，实现空燃比的闭环控制。
本实施例还提供了一种发动机，采用上述的发动机起动控制方法。
本实施例还提供了一种车辆，包括上述的发动机。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种发动机起动控制方法，其特征在于，所述发动机起动控制方法包括：
发动机冷起动时，先实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制，直至三元催化器的载体温度达到预设温度时再根据预设当量比调节空燃比；所述预设函数关系为空燃比大于预设空燃比时三元催化器的载体温度和空燃比的函数关系，所述预设空燃比为控制发动机按照当量比为1工作时的空燃比的90%～100%；
发动机热起动时，根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机，直至三元催化器的载体温度达到所述预设温度时再根据预设当量比调节空燃比。
2.根据权利要求1所述的发动机起动控制方法，其特征在于，在根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机之前，判断三元催化器的载体温度是否达到预设温度；
若三元催化器的载体温度未达到预设温度，则根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机；
若三元催化器的载体温度达到预设温度，则根据预设当量比调节空燃比。
3.根据权利要求1所述的发动机起动控制方法，其特征在于，在根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机的时长达到预设时长，且三元催化器的载体温度未达到所述预设温度时，根据这一时刻三元催化器的载体温度、这一时刻当量比、所述预设温度及与所述预设温度对应的当量比确定当量比和三元催化器的载体温度之间的函数关系，并实时根据所述函数关系控制发动机。
4.根据权利要求3所述的发动机起动控制方法，其特征在于，所述当量比Q和三元催化器的载体温度T之间的函数关系为：Q=Q1+（Q预设-Q1）/（T预设-T1）×（T-T1） ，其中，
T1表示根据停机时长和发动机控制器上电时的冷却液温度确定当量比，并按照该当量比控制发动机的时长达到预设时长时三元催化器的载体温度；
Q1表示与T1对应的当量比；
T预设表示预设温度；
Q预设表示与T预设对应的当量比。
5.根据权利要求4所述的发动机起动控制方法，其特征在于，与所述预设温度T预设对应的当量比Q预设的取值范围为0.95～1.05。
6.根据权利要求1所述的发动机起动控制方法，其特征在于，所述停机时长指的是发动机控制器此次上电与上次下电之间的时间间隔。
7.根据权利要求1所述的发动机起动控制方法，其特征在于，所述预设温度大于300℃。
8.根据权利要求1所述的发动机起动控制方法，其特征在于，在实时根据预设函数关系确定空燃比以进行燃烧控制的过程中，判断是否收到氧传感器的测量信号；
若未收到车辆氧传感器的测量信号，则采用根据所述预设函数关系确定的空燃比控制发动机；
若收到车辆氧传感器的测量信号，则根据所述测量信号计算实际空燃比，并在所述实际空燃比不等于根据所述预设函数关系确定的空燃比时，调节所述实际空燃比为根据所述预设函数关系确定的空燃比。
9.一种发动机，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的发动机起动控制方法。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的发动机。
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