CN114704393A - 柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法及相关硬件 - Google Patents

柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法及相关硬件 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种柴油‑甲醇双燃料发动机冷启动方法及相关硬件，其中所述方法包括：响应于发动机启动指令，控制柴油喷射装置开始向发动机的气缸中喷射柴油以及控制起动机旋转以压燃柴油来起动所述发动机，并在环境温度小于预设温度时控制甲醇燃料加热装置加热甲醇；其中所述甲醇燃料加热装置安装于甲醇共轨管和甲醇喷射装置之间；确定所述发动机的运行状态满足滞速状态时，控制甲醇喷射装置开始向所述发动机的气缸中喷射甲醇以混合燃烧柴油和甲醇；确定冷启动过程结束后，控制所述甲醇燃料加热装置停止加热甲醇。

Description

柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法及相关硬件
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤指一种柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法及相关硬件。
背景技术
近年来，随着能源问题和环境问题越来越突出，节能环保成为发动机研发的重点。双燃料发动机是一种能够将两种不同的燃料混合燃烧以提供动力的发动机，与传统的燃油发动机相比，具有排放污染更小的优点。因而双燃料发动机具有广阔的发展前景。
甲醇(CH3OH)作为车辆发动机的燃料，具有燃烧排放性能良好、生产成本低和运输存储方便等诸多优点，因而是我国目前最具有竞争力的车用替代能源之一。故在双燃料发动机的技术领域中，柴油-甲醇双燃料发动机是最具有发展前景的方向之一。
在现有的柴油-甲醇双燃料发动机技术中，通常会采用纯柴油模式起动发动机，之后在发动机起动成功后再根据车辆的运行工况切换为双燃料模式运行。如图1所示，发动机由稳定静止到高速运行工作状态的过程。一般分为倒拖阶段、加速阶段、过渡阶段和稳定阶段。而在低温环境中，柴油-甲醇双燃料发动机在冷启动时容易产生缸内柴油燃烧状况不佳的情况。这会导致发动机在起动机的带动下提升转速的加速阶段过程中出现缸内做功大小与外部阻力矩相平衡的阶段，出现转速停止持续上升而滞留在某一转速附近的现象(如图2所示)，此阶段也被称为滞速期。处于滞速期的发动机仍然无法正常向车辆输出动力以驱动车辆行驶。因而如何缩短寒冷环境中发动机的滞速期，以使发动机尽快达到工作转速向车辆输出动力，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法及相关硬件，用以解决现有技术中柴油-甲醇双燃料发动机在低温环境中冷启动时滞速期持续时间较长导致发动机启动时间较长的问题。
本发明实施例提供了一种柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法，包括：
响应于发动机启动指令，控制柴油喷射装置开始向发动机的气缸中喷射柴油以及控制起动机旋转以压燃柴油来起动所述发动机，并在环境温度小于预设温度时控制甲醇燃料加热装置加热甲醇；其中所述甲醇燃料加热装置安装于甲醇共轨管和甲醇喷射装置之间；
确定所述发动机的运行状态满足滞速状态时，控制甲醇喷射装置开始向所述发动机的气缸中喷射甲醇以混合燃烧柴油和甲醇；
确定冷启动过程结束后，控制所述甲醇燃料加热装置停止加热甲醇。
可选地，所述滞速状态包括下列状态：
发动机处于拖动工作模式；其中，所述拖动工作模式是在响应于启动指令后，所述发动机在起动机的带动下转速大于等于第一预设转速且小于第二预设转速时所处于的工作模式；
发动机当前的转速大于拖动转速；
发动机的曲轴的当前四冲程循环的角加速度小于等于前一四冲程循环的角加速度；
发动机当前的转速与前一四冲程循环的转速的差小于等于标定值。
可选地，所述拖动转速根据响应于发动机启动指令时连接所述起动机的蓄电池电压和所述发动机的冷却液温度确定。
可选地，确定冷启动过程结束，包括：
确定所述发动机的转速大于等于第二预设转速时，确定冷启动过程结束。
可选地，所述预设温度为-15℃。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种柴油-甲醇双燃料发动机冷启动装置，包括：
启动指令响应模块，用于响应于发动机启动指令，控制柴油喷射装置开始向发动机的气缸中喷射柴油以及控制起动机旋转以压燃柴油来启动所述发动机，并在环境温度小于预设温度时控制甲醇燃料加热装置加热甲醇；其中所述甲醇燃料加热装置安装于甲醇共轨管和甲醇喷射装置之间；
甲醇起动喷射模块，用于确定所述发动机的运行状态满足滞速状态时，控制甲醇喷射装置开始向所述发动机的气缸中喷射甲醇以混合燃烧柴油和甲醇；
甲醇停止加热模块，用于确定冷启动过程结束后，控制所述甲醇燃料加热装置停止加热甲醇。
可选地，所述滞速状态包括下列状态：
发动机处于拖动工作模式；其中，所述拖动工作模式是在响应于启动指令后，所述发动机在起动机的带动下转速大于等于第一预设转速且小于第二预设转速时所处于的工作模式；
发动机当前的转速大于拖动转速；
发动机的曲轴的当前四冲程循环的角加速度小于等于前一四冲程循环的角加速度；
发动机当前的转速与前一四冲程循环的转速的差小于等于标定值。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器和用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现所述的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被用于实现所述的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被用于实现所述的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法及相关硬件，通过首先喷入柴油以压燃起动发动机，待发动机的运行状态满足滞速状态进入滞速期时再喷入甲醇，能够使甲醇更容易达到燃点发生燃烧同时对甲醇进行加热，可以加快甲醇燃料蒸发和雾化，能够更好地可燃混合气，以实现更高效率的混合燃烧。从而能够有效缩短在低温环境中发动机进行启动时的滞速期的持续时间。
附图说明
图1为柴油-甲醇双燃料发动机以纯柴油模式冷启动时的总体转速变化图；
图2为柴油-甲醇双燃料发动机以纯柴油模式冷启动时的加速阶段的转速变化图；
图3为本发明实施例提供的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法的策略控制图；
图5为本发明实施例提供的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
下面结合附图，对本发明实施例提供的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法及相关硬件进行具体说明。
本发明实施例一种柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法，如图3所示，包括：
响应于发动机启动指令，同时执行步骤S101、S102和S103。
S101、控制柴油喷射装置向发动机的气缸中喷射柴油。
在具体实施过程中，柴油喷射装置向发动机的气缸中喷射柴油的具体实施方式可以采用现有技术方案实施，由于这部分内容不是本发明实施例的重点，故不作展开说明。
S102、控制起动机旋转。
通过同时执行所述步骤S101和S102，以压燃柴油来起动所述发动机。
在具体实施过程中，起动机何时停止旋转可以采用现有技术方案实施，由于这部分内容不是本发明实施例的重点，故不作展开说明。
S103、判断环境温度是否小于预设温度。
若所述步骤S103的结果为是，执行步骤S104。
S104、控制甲醇燃料加热装置加热甲醇。
其中，所述甲醇燃料加热装置安装于甲醇共轨管和甲醇喷射装置之间。
S105、判断所述发动机的运行状态是否满足滞速状态。
若所述步骤S105的结果为是，同时执行步骤S106和S107。
S106、控制甲醇喷射装置向所述发动机的气缸中喷射甲醇，以混合燃烧柴油和甲醇。
S107、判断冷启动过程是否结束。
若所述步骤S107的结果为是，执行步骤S108；若所述步骤S107的结果为否，返回所述步骤S104。
S108、控制所述甲醇燃料加热装置停止加热甲醇。
在具体实施过程中，甲醇喷射装置向发动机的气缸中喷射甲醇的具体实施方式可以采用现有技术方案实施，由于这部分内容不是本发明实施例的重点，故不作展开说明。
由于甲醇自身含有质量分数高达50％的含氧量，燃料中的氧成分能够促进燃料在低温下完全燃烧，缸内燃烧会更加完全，燃烧效率高。同时甲醇燃烧时具有高层流火焰燃烧速率，可加快缸内燃烧速度。故与现有技术采用纯柴油模式启动柴油-甲醇双燃料发动机的方案相比，如果能在发动机冷启动过程中混入甲醇进行燃烧，能够有效改善气缸内的燃烧效果，缩短发动机滞速期持续时间，使发动机尽快进入工作状态。而甲醇燃点为420℃，远高于柴油燃点220℃，因而如果在低温环境下直接将甲醇与柴油同时喷入发动机，将难以使甲醇发生燃烧。本发明创造性地提出柴油-甲醇双燃料发动机在低温环境下冷启动时，首先喷入柴油以压燃起动发动机，待发动机的运行状态满足滞速状态进入滞速期时再喷入甲醇，能够使甲醇更容易达到燃点发生燃烧，从而有效缩短发动机的滞速期的持续时间。同时利用甲醇沸点64.7℃较低、加热后极易蒸发的特性，对甲醇进行加热，可以加快甲醇燃料蒸发和雾化，能够更好地可燃混合气，以实现更高效率的混合燃烧。
可选地，所述滞速状态包括下列状态：
(1)发动机当前的转速大于拖动转速；
(2)发动机的曲轴的当前四冲程循环的角加速度小于等于前一四冲程循环的角加速度；
(3)发动机当前的转速与前一四冲程循环的转速的差小于等于标定值；
(4)发动机处于拖动工作模式。其中，所述拖动工作模式是在响应于启动指令后，所述发动机在起动机的带动下转速大于等于第一设定转速且小于第二设定转速时所处于的工作模式。
即，上述四项状态同时满足时，确定发动机进入滞速状态。
可选地，所述拖动转速根据响应于发动机启动指令时连接所述起动机的蓄电池电压和所述发动机的冷却液温度确定。
在具体实施过程中，可以预先标定起动机的蓄电池电压、发动机的冷却液温度与起动机的拖动转速的对应关系，并以函数或表格的形式进行保存。之后，在响应于发动机启动指令时，根据此时的起动机的蓄电池电压和所述发动机的冷却液温度，查询本次启动过程起动机的拖动转速。
在具体实施过程中，若所述步骤S103的结果为否，那么将不执行所述步骤S104-S108，只执行所述步骤S101和S102。即如图4所示，在响应于发动机启动指令时，判断此时环境温度是否小于预设温度，如果结果为否，将控制发动机以纯柴油压燃的方式起动发动机，本发明实施例中称为纯柴油启动模式；而如果结果为是，将控制发动机以先只喷入柴油压燃后混合喷入柴油和甲醇燃烧的方式启动发动机，本发明实施例中称为双燃料启动模式。
可选地，S107、判断冷启动过程是否结束，包括：确定冷启动过程结束，包括：
判断所述发动机的转速是否大于等于所述第二预设转速；
若为是，确定冷启动过程结束；若为否，确定冷启动过程未结束。
在具体实施过程中，当所述步骤S107确定冷启动过程结束后，车辆将进入行驶状态，后续发动机如何控制柴油与甲醇的喷射燃烧也可以采用现有技术方案实施(例如中国专利申请CN105003337A、中国专利申请CN111206999A等所提供的方案)，由于这部分内容也不是本发明实施例的重点，故也不作展开说明。
可选地，所述预设温度为-15℃。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种柴油-甲醇双燃料发动机冷启动装置，如图5所示，包括：
启动指令响应模块M1，用于响应于发动机启动指令，控制柴油喷射装置开始向发动机的气缸中喷射柴油以及控制起动机旋转以压燃柴油来起动所述发动机，并在环境温度小于预设温度时控制甲醇燃料加热装置加热甲醇；其中所述甲醇燃料加热装置安装于甲醇共轨管和甲醇喷射装置之间；
甲醇起动喷射模块M2，用于确定所述发动机的运行状态满足滞速状态时，控制甲醇喷射装置开始向所述发动机的气缸中喷射甲醇以混合燃烧柴油和甲醇；
甲醇停止加热模块M3，用于确定冷启动过程结束后，控制所述甲醇燃料加热装置停止加热甲醇。
可选地，所述滞速状态包括下列状态：
发动机处于拖动工作模式；其中，所述拖动工作模式是在响应于启动指令后，所述发动机在起动机的带动下转速大于等于第一预设转速且小于第二预设转速时所处于的工作模式；
发动机当前的转速大于拖动转速；
发动机的曲轴的当前四冲程循环的角加速度小于等于前一四冲程循环的角加速度；
发动机当前的转速与前一四冲程循环的转速的差小于等于标定值。
可选地，所述拖动转速根据响应于发动机启动指令时连接所述起动机的蓄电池电压和所述发动机的冷却液温度确定。
可选地，确定冷启动过程结束，包括：
确定所述发动机的转速大于等于第二预设转速时，确定冷启动过程结束。
可选地，所述预设温度为-15℃。
应该理解到，以上所描述的自动变速箱控制装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。
由于所述柴油-甲醇双燃料发动机冷启动装置解决问题的原理与所述柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法基本一致，因此所述柴油-甲醇双燃料发动机冷启动装置的实施可以参见所述柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法的实施，此处不再赘述。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，包括：处理器110和用于存储所述处理器110可执行指令的存储器120；其中，所述处理器110被配置为执行所述指令，以实现所述柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法。
在具体实施过程中，所述设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器110、存储器120、计算机可读存储介质130，所述存储器120和/或计算机可读存储介质130中包括一个或一个以上应用程序131或数据132。所述存储器120和/或计算机可读存储介质130中还可以包括一个或一个以上操作系统133，例如Windows、Mac OS、Linux、IOS、Android、Unix、FreeBSD等。其中，存储器120和计算机可读存储介质130可以是短暂存储或持久存储。所述应用程序131可以包括一个或一个以上所述模块(图6中未示出)，每个模块可以包括一系列指令操作。更进一步地，处理器110可以设置为与计算机可读存储介质130通信，在所述设备上执行存储介质130中的一系列指令操作。所述设备还可以包括一个或一个以上电源(图6中未示出)；一个或一个以上网络接口140，所述网络接口140包括有线网络接口141和/或无线网络接口142；一个或一个以上输入输出接口143。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被用于实现所述的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被用于实现所述的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法。
本发明实施例提供的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法及相关硬件，通过首先喷入柴油以压燃起动发动机，待发动机的运行状态满足滞速状态进入滞速期时再喷入甲醇，能够使甲醇更容易达到燃点发生燃烧同时对甲醇进行加热，可以加快甲醇燃料蒸发和雾化，能够更好地可燃混合气，以实现更高效率的混合燃烧。从而能够有效缩短在低温环境中发动机进行启动时的滞速期的持续时间。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法，其特征在于，包括：
响应于发动机启动指令，控制柴油喷射装置开始向发动机的气缸中喷射柴油以及控制起动机旋转以压燃柴油来起动所述发动机，并在环境温度小于预设温度时控制甲醇燃料加热装置加热甲醇；其中所述甲醇燃料加热装置安装于甲醇共轨管和甲醇喷射装置之间；
确定所述发动机的运行状态满足滞速状态时，控制甲醇喷射装置开始向所述发动机的气缸中喷射甲醇以混合燃烧柴油和甲醇；
确定冷启动过程结束后，控制所述甲醇燃料加热装置停止加热甲醇。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滞速状态包括下列状态：
发动机处于拖动工作模式；其中，所述拖动工作模式是在响应于启动指令后，所述发动机在起动机的带动下转速大于等于第一预设转速且小于第二预设转速时所处于的工作模式；
发动机当前的转速大于拖动转速；
发动机的曲轴的当前四冲程循环的角加速度小于等于前一四冲程循环的角加速度；
发动机当前的转速与前一四冲程循环的转速的差小于等于标定值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述拖动转速根据响应于发动机启动指令时连接所述起动机的蓄电池电压和所述发动机的冷却液温度确定。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定冷启动过程结束，包括：
确定所述发动机的转速大于等于第二预设转速时，确定冷启动过程结束。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设温度为-15℃。
6.一种柴油-甲醇双燃料发动机冷启动装置，其特征在于，包括：
启动指令响应模块，用于响应于发动机启动指令，控制柴油喷射装置开始向发动机的气缸中喷射柴油以及控制起动机旋转以压燃柴油来起动所述发动机，并在环境温度小于预设温度时控制甲醇燃料加热装置加热甲醇；其中所述甲醇燃料加热装置安装于甲醇共轨管和甲醇喷射装置之间；
甲醇起动喷射模块，用于确定所述发动机的运行状态满足滞速状态时，控制甲醇喷射装置开始向所述发动机的气缸中喷射甲醇以混合燃烧柴油和甲醇；
甲醇停止加热模块，用于确定冷启动过程结束后，控制所述甲醇燃料加热装置停止加热甲醇。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述滞速状态包括下列状态：
发动机处于拖动工作模式；其中，所述拖动工作模式是在响应于启动指令后，所述发动机在起动机的带动下转速大于等于第一预设转速且小于第二预设转速时所处于的工作模式；
发动机当前的转速大于拖动转速；
发动机的曲轴的当前四冲程循环的角加速度小于等于前一四冲程循环的角加速度；
发动机当前的转速与前一四冲程循环的转速的差小于等于标定值。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1-5任一项所述的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法。
9.一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存储有计算机程序，所述计算机程序被用于实现如权利要求1-5任一项所述的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序被用于实现如权利要求1-5任一项所述的柴油-甲醇双燃料发动机冷启动方法。
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