CN114623026B - 发动机冷启动方法、存储介质、发动机以及车辆 - Google Patents

发动机冷启动方法、存储介质、发动机以及车辆 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种发动机冷启动方法、存储介质、发动机以及车辆，涉及发动机技术领域，该方法包括：在发动机处于冷启动状态的情况下，在发动机的进气冲程开始之前，打开发动机的气缸的排气口和进气口；控制发动机执行进气冲程，以从排气口以及进气口向所述气缸中吸入空气。发动机在冷启动状态下，能够从排气口向气缸回吸上一压缩冲程产生高温气体，使得下一压缩冲程气缸内的气体能够达到更高的温度，使得喷射至气缸内的燃油能够成功起燃，从而提高发动机的冷启动速度。由此，本公开提供的发动机冷启动方法能够在不增加车辆的结构复杂度的情况下，提高发动机的冷启动速度。

Description

发动机冷启动方法、存储介质、发动机以及车辆
技术领域
本公开涉及发动机技术领域，具体地，涉及一种发动机冷启动方法、存储介质、发动机以及车辆。
背景技术
柴油发动机属于压燃式内燃机，其原理是在压缩冲程达到上止点前将柴油以较高的压力喷入气缸，使得柴油与气缸内的压缩空气形成可燃混合气，然后利用压缩的高温，使得可燃混合气燃烧。当环境温度较低时，压缩空气的温度无法达到燃点，使得柴油发动机在低温条件下很难启动成功。相关技术中，一般通过加热装置对车辆进行预热，以提高柴油发动机的冷启动性能。但是，通过设置加热装置不仅增加了车辆的结构复杂度，而且导致车辆成本增加。
发明内容
本公开的目的是提供一种发动机冷启动方法、存储介质、发动机以及车辆，该方法用于在不增加车辆结构复杂度的前提下，提高发动机在冷启动状态下的启动性能。
根据本公开实施例的第一方面，提供了一种发动机冷启动方法，包括：
在发动机处于冷启动状态的情况下，在所述发动机的进气冲程开始之前，打开所述发动机的气缸的排气口和进气口；
控制所述发动机执行进气冲程，以从所述排气口以及所述进气口向所述气缸中吸入空气。
可选地，所述方法还包括：
在所述发动机执行燃烧冲程时，控制所述发动机的喷油器在该燃烧冲程的过程中以预设喷油量进行多次喷油，直至所述发动机成功启动后，控制所述喷油器恢复正常运行状态。
可选地，所述喷油器进行多次喷油的最后一次喷油的时间点为所述气缸的活塞在燃烧冲程过程中运动至所述气缸的上止点与下止点的中间位置的时间点。
可选地，所述预设喷油量为所述发动机执行一次燃烧冲程所需的燃油量除以喷油次数得到的喷油量。
可选地，所述喷油次数为8次。
可选地，所述方法还包括：
检测所述发动机的当前水温信息；
当所述当前水温信息大于第一预设水温阈值时，在所述发动机的下一个进气冲程开始时，打开所述气缸的进气口以及关闭所述气缸的排气口。
可选地，所述方法还包括：
检测所述发动机的运行工况信息，其中，所述运行工况信息包括油温信息、水温信息、以及运行环境温度信息中的至少一种；
当所述运行工况信息满足预设条件时，确定所述发动机处于所述冷启动状态；
其中，所述预设条件包括：
针对所述油温信息设定的用于表征所述发动机的油温小于预设油温阈值的条件；
针对所述水温信息设定的用于表征所述发动机的水温小于第二预设水温阈值的条件；
针对所述运行环境温度信息设定的用于表征所述发动机的运行环境温度小于预设温度阈值的条件。
根据本公开实施例的第二方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本公开实施例第一方面所述方法的步骤。
根据本公开实施例的第三方面，提供了一种发动机，包括：
发动机主体；
存储器，其上存储有计算机程序；
控制器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现本公开实施例第一方面所述方法的步骤。
根据本公开实施例的第四方面，提供了一种车辆，设置有如本公开实施例第三方面所述的发动机。
通过上述技术方案，发动机在冷启动状态下，能够从排气口向气缸回吸上一压缩冲程产生高温气体，使得在下一压缩冲程气缸内的气体能够达到更高的温度，使得喷射至气缸内的燃油能够成功起燃，从而提高发动机的冷启动速度。由此，本公开提供的发动机冷启动方法能够在不增加车辆的结构复杂度的情况下，提高发动机的冷启动速度。值得说明的是，本公开提供的发动机冷启动方法不仅适用于汽油发动机，同样适用于柴油发动机，而且对于柴油发动机，其明显优于现有的柴油发动机冷启动方法。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例提供的一种发动机冷启动方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例提供的一种发动机的结构示意图；
图3是根据一示例性实施例提供的一种发动机冷启动方法的又一种流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
图1是根据一示例性实施例提供的一种发动机冷启动方法的流程图。如图1所示，本公开提供了一种发动机冷启动方法，该方法可以应用于柴油发动机，也可以应用于汽油发动机。该发动机冷启动方法可以包括步骤S110至步骤S120。
在步骤S110中，在发动机处于冷启动状态的情况下，在所述发动机的进气冲程开始之前，打开所述发动机的气缸的排气口和进气口。
这里，发动机的气缸的进气口是在发动机进行进气冲程时，从外部吸入空气的部位。气缸的排气口是指发动机执行燃烧冲程，排出燃烧后的气体的部位。
其中，发动机的排气口以及进气口，均可以通过电磁阀控制闭合以及打开。当然，也可以通过发动机的排气凸轮轴和进气凸轮轴控制排气口、进气口的开启和关闭动作。
在步骤S120中，控制所述发动机执行进气冲程，以从所述排气口以及所述进气口向所述气缸中吸入空气。
这里，发动机执行进气冲程是指发动机的活塞从上止点向下止点运动，在气缸内形成真空环境，从进气口和排气口中向气缸内抽入空气。其中，在发动机的第一次进气冲程中，气缸的进气口以及排气口打开，吸入外界的冷空气，经过第一次压缩冲程之后，会使得气缸内的气体温度升高。即使是在极端寒冷的冷启动状态下，压缩气体的温度也能够达到250℃至350℃。
因此，在第二次进气冲程开始的时候，打开发动机的气缸的排气口和进气口，可以在第二次进气冲程的过程中，从排气口吸入经过第一次压缩冲程产生的部分高温气体以及从排气口中吸入冷空气，从而在气缸中混合高温气体和冷空气，使得气缸内的气体的基础温度升高。例如，经过第一次压缩进程的气体温度为250℃至350℃，冷空气的温度为-20℃，则混合气体的温度会远高于-20℃。因此，在第二次压缩冲程时，由于混合气体的基础温度较高，压缩后的混合气体的温度能够达到350℃至500℃。
应当理解的是，发动机在冷启动状态下均重复上述过程，即每次进气冲程均从排气口以及进气口中吸入空气，直至发动机启动成功。
由此，通过从排气口向气缸抽入部分高温气体，能够提高发动机的冷启动性能。即使发动机是在零下35℃的情况下，也能够在9秒内成功启动。
在一些可实现的实施方式中，所述方法还包括：
在所述发动机执行燃烧冲程时，控制所述发动机的喷油器在该燃烧冲程的过程中以预设喷油量进行多次喷油，直至所述发动机成功启动后，控制所述喷油器恢复正常运行状态。
这里，发动机进行压缩冲程，在活塞临近上止点时，喷油器开始喷射燃油，燃油在高温气体的作用下，开始燃烧，推动活塞从上止点向下止点运动。这一过程为发动机的燃烧冲程，也可以称为做工冲程。在本公开中，发动机执行燃烧冲程时，喷油器在该燃烧冲程的过程中以预设喷油量进行多次喷油。例如，喷油器的喷油次数为4次，在发动机进行压缩冲程，活塞临近上止点时，喷油器开始第一次喷油，然后可以根据预设的时间间隔进行第二次喷油、第三次喷油以及第四次喷油。
其中，发动机成功启动的判断条件可以是根据发动机的当前水温判断发动机是否成功启动。例如，发动机的当前水温大于一个设定温度值时，确定发动机成功启动。该判断条件将在后续进行详细说明。
在发动机成功启动之后，喷油器在新的燃烧冲程恢复正常运行状态。其中，正常运行状态是指发动机的喷油器恢复为常规的喷油模式，如进行一次主喷，两次预喷。主喷的喷射的燃油量大于预喷的燃油量。例如，一次燃烧冲程所需的燃油量为10mg，则喷油器进行主喷的喷油量为6mg，每次预喷的燃油量为2mg。
值得说明的是，发动机在冷启动状态时，发动机的转速较低，大概维持在140r/min至300r/min的区间中。此时，发动机的燃油供给系统能够提供的压力较低，导致喷油器喷射的燃油颗粒较大，而较大的燃油颗粒并不利于燃烧。因此，在本公开中，发动机在执行燃烧冲程时，喷油器以预设喷油量进行多次喷油，使得每次喷射的燃油颗粒较小，即使在气缸内的压缩气体温度较低的情况下也能够起燃。
在一些可实现的实施方式中，所述喷油器进行多次喷油的最后一次喷油的时间点为所述气缸的活塞在燃烧冲程过程中运动至所述气缸的上止点与下止点的中间位置的时间点。
图2是根据一示例性实施例提供的一种发动机的结构示意图。如图2所示，曲柄以回转中心为旋转中心进行旋转，旋转的半径为R，带动连杆运动，连杆与活塞连接，带动活塞在气缸的上止点与下止点之间运动。其中，活塞的行程为S。在燃烧冲程的过程中，活塞从上止点向下止点运行，将喷油器的最后一次喷油的时间点设置在活塞运动至气缸的上止点与下止点的中间位置的时间点，是由于在该中间位置时，气缸内的空气相对充裕，更利于燃油燃烧。而且，最后一次喷油产生的火焰能够对上止点与下止点的中间位置处的气缸内壁面进行烘烤。在下一个燃烧冲程时，经过烘烤的气缸内壁面的温度升高，使得气缸的内壁面不易吸附喷油器喷射的燃油，从而让发动机能够开始起燃，提高发动机在冷启动状态下的启动性能。
其中，所述喷油器可以为压电式喷油器。
应当理解的是，最后一次喷油的时间点是可以根据发动机的实际运行情况计算得到的。例如，可以根据每次喷油产生的动能计算活塞在每次喷油的产生的动能下的运动距离，再结合活塞的活塞行程S计算最后一次喷油时，活塞运动至该中间位置的时间。也可以通过设定每次喷油的时长以及时间间隔来确定最后一次喷油的时间点，例如，喷油器的喷油次数设置为8次，可以根据每次喷油产生的动能计算活塞在每次喷油的产生的动能下的运动距离，并结合活塞行程S计算每一次喷油的时间间隔，使得喷油器能够按照该时间间隔以及活塞运动至该中间位置的时间点计算喷油器第一次喷油的时间点以及每次喷油的时间间隔。
值得说明的是，虽然本公开最后一次喷油的时间点优选为气缸的活塞在燃烧冲程过程中运动至气缸的上止点与下止点的中间位置的时间点，但在实际应用中，该时间点可以稍微有所偏差。
在一些可实现的实施方式中，所述预设喷油量为所述发动机执行一次燃烧冲程所需的燃油量除以喷油次数得到的喷油量。
在一些可实现的实施方式中，所述喷油次数为8次。
这里，一次燃烧冲程所需的燃油量是指发动机执行完一次燃烧冲程所需喷射的燃油量，该燃油量是可以根据实际情况确定的。例如，一次燃烧冲程所需的燃油量可以是10mg，也可以是16mg。当燃油量为16mg，喷油次数为8次时，每一次喷油的预设喷油量为2mg。
值得说明的是，在上述实施方式中，喷油器可以将一次燃烧冲程所需的燃油量进行8次均匀喷射，从而使得第一次喷油时，喷油器只向气缸内喷入少量的燃油，使得喷射的燃油能够与空气充分结合，提高燃油燃烧的效率。而第8次喷油的时间点可以是活塞在燃烧冲程过程中运动至气缸的上止点与下止点的中间位置的时间点，从而对气缸的内壁面进行烘烤。在实验过程中，将喷油器在燃烧冲程的喷油次数设置为8次均匀喷射燃油，即使是在零下35℃的条件下，柴油发动机的冷启动时间也能够在5.2秒以内。
应当理解的是，虽然在本公开中喷油次数优选为8次均匀喷射燃油，但在实际应用中，其可以依据发动机的运行条件进行设置。
图3是根据一示例性实施例提供的一种发动机冷启动方法的又一种流程图。如图3所示，在一些可实现的实施方式中，所述方法还包括：
步骤S130，检测所述发动机的当前水温信息。
这里，当前水温信息是指发动机在冷启动过程中的实时水温信息。发动机在进行完一次进气冲程、压缩冲程以及燃烧冲程之后，通过温度传感器检测发动机的当前水温信息。
步骤S140，当所述当前水温信息大于第一预设水温阈值时，在所述发动机的下一个进气冲程开始时，打开所述气缸的进气口以及关闭所述气缸的排气口。
这里，当检测到的当前水温信息大于第一预设水温阈值时，在所述发动机的下一个进气冲程开始时，打开所述气缸的进气口以及关闭所述气缸的排气口。即在发动机的当前水温大于第一预设水温阈值时，控制排气口恢复正常运行状态。该正常运行状态表示发动机在执行进气冲程时，发动机的排气口保持关闭状态。
值得说明的是，发动机的当前水温信息大于第一预设水温阈值，说明发动机已经成功启动，则在后续的进气冲程中，无需再从排气口向气缸回抽部分高温气体。
其中，该第一预设水温阈值可以设置为30℃，其可以根据实际应用场景进行设置。
由此，通过判断发动机的当前水温是否大于第一预设水温阈值，可以防止发动机内的火焰在点火成功后，由于寒冷的运行环境产生的部分熄灭的情况出现。即发动机在点火成功之后，发动机后续执行的进气冲程，排气口依然打开，直至发动机的当前水温达到第一预设水温阈值之后，后续的进气冲程才控制排气口恢复正常运行状态。
应当理解的是，当前水温信息是否大于第一预设水温阈值是作为判断发动机是否成功启动的判断条件。当发动机成功启动，发动机后续执行的进气冲程、燃烧冲程均恢复正常运行状态。即在发动机成功启动之后，针对新的进气冲程，排气口关闭、进气口打开。针对新的燃烧冲程，喷油器恢复正常喷油状态，如新的燃烧冲程，喷油器进行一次主喷、两次预喷。
在一些可实现的实施方式中，所述方法还包括：
检测所述发动机的运行工况信息，其中，所述运行工况信息包括油温信息、水温信息、以及运行环境温度信息中的至少一种；
当所述运行工况信息满足预设条件时，确定所述发动机处于所述冷启动状态；
其中，所述预设条件包括：
针对所述油温信息设定的用于表征所述发动机的油温小于预设油温阈值的条件；
针对所述水温信息设定的用于表征所述发动机的水温小于第二预设水温阈值的条件；
针对所述运行环境温度信息设定的用于表征所述发动机的运行环境温度小于预设温度阈值的条件。
这里，发动机在启动时，对发动机的运行工况信息进行检测，该运行工况信息用于判断发动机是否处于冷启动状态。其中，运行工况信息包括油温信息、水温信息、以及运行环境温度信息中的至少一种。当发动机的油温小于预设油温阈值时，说明发动机处于冷启动状态，当发动机启动时的水温信息小于第二预设水温阈值时，说明发动机处于冷启动状态，当发动机启动时的运行环境温度信息小于预设温度阈值时，说明发动机处于冷启动状态。其中，运行环境温度信息是指发动机所处的环境的环境温度。例如，环境温度低于零下10℃时，说明发动机处于冷启动状态。
值得说明的是，油温信息可以通过设置在油箱中的温度传感器检测，水温信息则可以通过设置在水箱中的温度传感器检测，运行环境温度信息可以通过设置在发动机或车辆上的温度传感器来检测。
应当理解的是，发动机的油温信息、水温信息、以及运行环境温度信息中的一种或多种满足预设条件时，均可以确定发动机处于冷启动状态。
下面，通过一个示例来对上述实施方式进行详细说明。
发动机在启动时，检测发动机的运行工况信息，当发动机的运行工况信息满足预设条件，则确定发动机处于冷启动状态。在冷启动状态下，针对发动机的每一次进气冲程，均打开发动机的气缸的排气口和进气口，以使发动机在执行进气冲程时，能够从排气口回吸部分高温气体，使得下一次压缩冲程压缩的气体的温度能够大于上一次压缩冲程的气体的温度，提高燃油的起燃速度。同时，针对发动机在冷启动状态下的每一次燃烧冲程，均控制发动机的喷油器以预设喷油量进行多次喷油，以将一次燃烧冲程所需的燃油量通过多次喷射的方式进行喷射，使得每次喷射的喷油量较小，提高燃油与空气的接触面积，使得燃油能够快速起燃。在执行完一次进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程之后，检测发动机的当前水温信息，当该当前水温信息大于第一预设水温阈值时，确定发动机成功启动，则针对发动机后续的每一个进气冲程，控制气缸的排气口、进气口恢复正常运行状态，即在新的进气冲程开始时，打开气缸的进气口以及关闭气缸的排气口。同时，针对发动机后续的每一个燃烧冲程，控制发动机的喷油器恢复正常运行状态。即在发动机成功启动后，发动机结束冷启动状态，进气口、排气口、喷油器均恢复为常规运行模式。
根据本公开实施例，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例中任一项所述方法的步骤。
根据本公开实施例，提供了一种发动机，包括：
发动机主体；
存储器，其上存储有计算机程序；
控制器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现如上述实施例中任一项所述方法的步骤。
这里，发动机主体应该包括发动机的全部机械结构，如气缸、活塞、曲轴等结构。该控制器可以是发动机的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)。
根据本公开实施例，提供了一种车辆，设置有如上述实施例所述的发动机。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (8)

1.一种发动机冷启动方法，其特征在于，包括：
在发动机处于冷启动状态的情况下，在所述发动机的进气冲程开始之前，打开所述发动机的气缸的排气口和进气口；
控制所述发动机执行进气冲程，以从所述排气口以及所述进气口向所述气缸中吸入空气；
所述方法还包括：
在所述发动机执行燃烧冲程时，控制所述发动机的喷油器在该燃烧冲程的过程中以预设喷油量进行多次喷油，直至所述发动机成功启动后，控制所述喷油器恢复正常运行状态，所述喷油器进行多次喷油的最后一次喷油的时间点为所述气缸的活塞在燃烧冲程过程中运动至所述气缸的上止点与下止点的中间位置的时间点。
2.根据权利要求1所述的发动机冷启动方法，其特征在于，所述预设喷油量为所述发动机执行一次燃烧冲程所需的燃油量除以喷油次数得到的喷油量。
3.根据权利要求2所述的发动机冷启动方法，其特征在于，所述喷油次数为8次。
4.根据权利要求1所述的发动机冷启动方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述发动机的当前水温信息；
当所述当前水温信息大于第一预设水温阈值时，在所述发动机的下一个进气冲程开始时，打开所述气缸的进气口以及关闭所述气缸的排气口。
5.根据权利要求1所述的发动机冷启动方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述发动机的运行工况信息，其中，所述运行工况信息包括油温信息、水温信息、以及运行环境温度信息中的至少一种；
当所述运行工况信息满足预设条件时，确定所述发动机处于所述冷启动状态；
其中，所述预设条件包括：
针对所述油温信息设定的用于表征所述发动机的油温小于预设油温阈值的条件；
针对所述水温信息设定的用于表征所述发动机的水温小于第二预设水温阈值的条件；
针对所述运行环境温度信息设定的用于表征所述发动机的运行环境温度小于预设温度阈值的条件。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
7.一种发动机，其特征在于，包括：
发动机主体；
存储器，其上存储有计算机程序；
控制器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-5中任一项所述方法的步骤。
8.一种车辆，其特征在于，设置有如权利要求7所述的发动机。
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