CN110268150A - 用于内燃发动机的起动辅助方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于内燃发动机起动辅助的方法和装置，该内燃发动机被供应可包含乙醇的燃料，并且包括在进气歧管（4）和制动辅助装置（10）之间的流体连接管道（8），该方法包括以下步骤：确定发动机温度，确定室外空气温度，当发动机温度低于第一阈值并且室外空气温度低于第二阈值时，在发动机起动阶段期间，在给定的持续时间内阻塞进气歧管（4）和制动辅助装置（10）之间的管道，当发动机自主旋转时，使进气歧管（4）和制动辅助装置（10）之间的管道畅通。

Description

用于内燃发动机的起动辅助方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于内燃发动机的起动辅助方法和装置，其能够提高发动机起动的鲁棒性。

这种方法和装置应用于汽车领域，更具体地说，应用于被供应含乙醇燃料的发动机领域。这些发动机更通常地被称为多燃料发动机或混合燃料（Flex-Fuel）发动机。

背景技术

被供应乙醇和/或乙醇与传统燃料（汽油、优质燃料）混合物的发动机在低温起动时会遇到困难。低温是指低于5℃（摄氏度）的（室外）空气温度。具体而言，当发动机较冷且空气温度低于5℃时，乙醇难以燃烧。这些困难反映在温度特别低时，发动机起动时间更长，甚至不能起动。

一种众所周知的解决方案包括在燃料混合物被喷射到燃烧室中之前加热燃料混合物。为此，加热器具设在燃料入口上，并在燃料被喷射到燃烧室之前加热燃料。因此，这种技术可以改善发动机的冷起动。然而，使用这种装置起动发动机的时间（包括预热时间）仍然相对较长，大约几秒钟，并且这种解决方案还具有相对高的成本。

文献FR 2937381提出了一种燃烧发动机起动的方法，该燃烧发动机被供应可能包含乙醇的第一燃料。发动机还配备有辅助冷起动***，该***包括包含具有低乙醇含量的第二燃料的辅助油箱，以及测量发动机的液体冷却剂温度的温度传感器。根据第一燃料中乙醇的比例和液体冷却剂的温度，响应于发动机起动请求的先决事件（例如解锁和驾驶员车门打开）的观察，第二燃料被引入发动机进口中。因此，当起动阶段开始时，燃烧室中存在低乙醇燃料，从而改善发动机的冷起动。

这种装置存在冷起动的重复性问题。具体而言，例如当低乙醇燃料箱是空的时候，冷起动是困难的。此外，向发动机添加或多或少体积大且复杂的材料，例如加热元件或小油箱，会导致体积问题，还会导致与发动机环境的兼容性问题。

因此，本发明的目的是提高被供应含有乙醇的燃料的发动机的冷起动的重复性，并且使之容易集成到发动机环境中。有利的是，这种方法和装置将易于实施，并且将具有受控的生产成本。

发明内容

为此，根据本发明的第一方面，提出了一种用于内燃发动机的起动辅助方法，该内燃发动机被供应可包含乙醇的燃料，并且包括进气歧管和制动辅助装置之间的流体连接管道，该方法包括以下步骤：

· 确定发动机温度，

· 确定室外空气温度，

· 当发动机温度低于第一阈值并且室外空气温度低于第二阈值时，在发动机起动阶段期间，在给定的持续时间内阻塞进气歧管和制动辅助装置之间的管道，

· 当发动机自主旋转时，使进气歧管和制动辅助装置之间的管道畅通。

因此，通过如上所述有条件地阻塞进气歧管和制动辅助装置之间的管道和使进气歧管和制动辅助装置之间的管道畅通，无论制动装置的状态如何，进气歧管中的压力都能够保持不变，这构成了起动辅助并提高了发动机冷起动的重复性。具体而言，制动辅助装置在起动阶段的隔离使得有可能避免在起动阶段改变燃烧室中的压力，从而改变空气/燃料混合物的值。制动辅助装置是已知类型的，例如制动伺服机构如Mastervac。

根据一个有利的特征，进气歧管和制动辅助装置之间的管道在静止时是畅通的。

根据一个有利的特征，发动机温度的第一阈值能在10℃和30℃之间的值的范围内设置。该阈值能够根据发动机类型以及甚至超出该值范围使用的燃料类型来设置。然而，为了检测发动机是否热，发动机温度的第一阈值可以在发动机温度值的完整范围内选择。

根据一个有利的特征，室外空气温度的第二阈值能在0℃和10℃之间的值的范围内设置。第二阈值能够根据发动机类型以及所使用的燃料类型来设置。为了优化发动机的冷起动，可以在环境空气温度值的整个范围内选择空气温度的第二阈值。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于内燃发动机的起动辅助装置，该内燃发动机被供应有可包含乙醇的燃料，并且包括在进气歧管和制动辅助装置之间的流体连接管道，其特征在于，该起动辅助装置包括：

· 用于确定发动机温度的器具，

· 用于确定室外空气温度的器具，

· 用于在发动机温度低于第一阈值并且室外空气温度低于第二阈值，在起动阶段期间，在给定的持续时间内阻塞进气歧管和制动辅助装置之间的管道的器具，

· 用于当发动机自主旋转时，使进气歧管和制动辅助装置之间的管道畅通的器具。

根据一个有利的特征，根据本发明的装置包括：

· 用于测量发动机温度的传感器，

· 用于测量室外空气温度的传感器，

· 设置在将进气歧管连接到制动辅助装置的管道上的电控阀，其能够根据阀分别是关闭还是打开来阻塞管道或使管道畅通，以及

· 电子控制装置，其具有适于接收发动机温度信息的第一输入、适于接收室外空气温度信息的第二输入和适于根据发动机温度信息和室外空气温度信息以及与发动机温度和室外空气温度相关的阈值驱动电控阀的输出，以及

· 用于确定发动机自主旋转的器具。

电控阀使得能够阻塞或使进气歧管和制动辅助装置之间的流体连接管道畅通，从而分别阻止或允许这些元件之间的流体连通。众所周知，用于确定发动机温度的器具可以是发动机温度传感器，即发动机液体冷却剂温度传感器。众所周知，用于确定室外空气温度的器具可以是室外空气温度传感器。众所周知，用于确定发动机自主旋转的器具例如由拥有该信息的发动机控制单元给出。电子控制装置例如与车辆的发动机控制单元相关联，或是车辆的发动机控制单元的组成部分，该发动机控制单元或被称作ECU（Engine ControlUnit）。

根据一个有利的特征，电控阀默认处于打开位置。

根据一个有利的特征，电控阀具有10 ms数量级的切换时间。

根据一个有利的特征，电子控制装置具有至少一个可编程电子电路，从而改善了装置的集成和模块化。

根据本发明的第三方面，提出了一种由根据本发明的起动辅助装置和发动机构成的组件，该发动机包括进气歧管、制动辅助装置和进气歧管和制动辅助装置之间的流体连接管道。

附图说明

从下面参照附图给出的描述中，本发明的细节和优点将变得更加清楚，其中：

图1是根据本发明的用于内燃发动机的起动辅助装置的一个示例性实施例的简化符号描述，并且

图2是示出用于内燃发动机的根据本发明的起动辅助方法的示例性实施例的各个步骤的流程图。

具体实施方式

图1所示的装置可以安装在装备有通常称为多燃料或“混合燃料”的四冲程热燃烧发动机的车辆中，也就是说，该发动机被供应包含汽油（或优质燃料）和乙醇的混合物的燃料。因此，喷射到发动机中的燃料混合物可以包含0%至100%的乙醇。

有多种将燃料混合物喷射到燃烧室中的技术，例如机械、气动、直接或间接喷射。由于直喷式四冲程发动机的结构对本领域技术人员来说是众所周知的，所以在本说明书下文中将不再介绍，也不再介绍这种发动机的运行。将只介绍与装置相互作用的发动机结构部件。

在直喷式四冲程发动机的情况下，燃料被直接喷射到发动机的燃烧室中，从而首先允许精确控制燃料喷射量，其次允许控制车辆的消耗。为了实现喷射到燃烧室中的燃料的高质量燃烧，有必要达到最佳的空气/燃料混合物。例如，对于汽油发动机，最佳的空气/燃料混合物是14.7 g空气对应1 g汽油。这种空气/燃料混合物也被称为化学计量混合物，也就是说，燃烧理论上在一个或多个燃烧室中完成。

空气/燃料混合物的值是在燃料固有特性已知并固定的供应下，为了发动机所谓的“正常”运行而给出的。当燃料的固有特性改变时，例如乙醇比例在0%和100%之间，则空气/燃料混合物的最佳值改变，从而实现最佳燃烧。

由于电子设备在车辆中的广泛使用（车载计算机、本领域技术人员也称为电子喷射的电子喷射计算机），空气/燃料混合物受到持续控制，甚至在起动阶段也是如此。

通常，出于安全原因，在起动阶段（当车辆配备例如电子卡时），要求驾驶员执行一定数量的操作，以便车辆能够起动。例如，在按下起动按钮触发起动过程之前，要求他同时踩下制动踏板和离合器踏板。如果车辆装有自动变速器，只需踩下制动踏板。

在起动阶段踩下制动踏板会使得制动伺服机构运行。制动伺服机构是本领域技术人员众所周知的装置，其允许在制动阶段辅助驾驶员。因此，对于制动踏板上相对较小的力，制动伺服机构也使得在车辆的制动回路中实现高液压成为可能。制动伺服机构通常使用负气压或气压运行。制动伺服机构使用负气压运行最多。

一般来说，对于使用负气压运行的制动伺服机构，该负气压取自进气歧管。因此，在起动阶段，当驾驶员踩下制动踏板时，制动伺服机构从进气歧管抽取制动辅助所需的真空，进气歧管本身从发动机的各个燃烧室抽取真空。因此，燃烧室中的压力被改变，从而使得空气/燃料混合物的值变化，并且当发动机冷却时可能导致起动困难。具体而言，在这些条件下，首先混合物的值不是最佳的，其次喷射燃料的蒸发不太显著。

图1示意性地示出了用于内燃发动机的起动辅助装置2，所述起动辅助装置2包括电控阀12、第一温度传感器18、第二温度传感器20和电子控制装置22，以及发动机控制单元（未示出），该发动机控制单元包括用于特别确定发动机是否自主旋转的器具。

图1非常示意性地示出了内燃发动机的进气歧管4，其具有空气入口40、第一出口41和第二出口42。空气入口40在室外空气通过空气过滤器（未示出）后接收室外空气。第一出口41通过第一管道6联接到至少一个燃烧室，该第一管道6通常被本领域技术人员称为进气管道。进气歧管4的第二出口42通过第二管道8联接到制动辅助装置10，例如制动伺服机构。第一管道6和第二管道8通常由耐乙醇材料制成，例如由合成材料制成。两个管道6和8的尺寸特征尤其取决于发动机类型。

电控阀12设置在第二管道8上，优选尽可能靠近进气歧管4的第二出口42。因此，该装置对发动机冷起动的效率进行了优化。出于体积和使用方便的原因，电控阀12优选尺寸较小。根据发动机的规格，特别是根据进气歧管4中使用的压力，电控阀12可以例如在大约大气压力1至2倍的压力下操作，并且也可以在负压下操作。

出于制造成本以及将装置2集成到现有发动机中的原因，电控阀12与12伏的控制电压兼容，并且具有例如10 ms （1 ms = 0.001 s）数量级的响应时间或切换时间。电控阀12通常也被本领域技术人员称为电磁阀。

第一温度传感器18适于精确测量发动机的温度，并通过第一连接器24将温度信息传送到电子装置22。第一温度传感器18优选位于发动机冷却***的管道中，液体在该管道中循环。使用的第一温度传感器18是汽车工业中标准的传感器模型，例如无源温度传感器。

第二温度传感器20适于测量空气温度并通过第二连接器26将空气温度信息传送到电子装置22。第二温度传感器20优选为本领域技术人员众所周知的通用汽车传感器。例如，第二温度传感器20位于车辆的发动机散热器格栅上。

电子控制装置22包括至少一个可编程电子电路，例如联接到控制和监控电路的FPGA（现场可编程门阵列）电路，该电路使得基于程序和给定策略来控制阀12成为可能。

电子控制装置22具有第一输入端30和第二输入端32，第一输入端30适于通过其第一连接器24接收来自第一温度传感器18的温度信息，第二输入端32适于通过其第二连接器26接收来自第二温度传感器20的温度信息。电子控制装置22还具有适于通过第三连接器28驱动电控阀12的输出端34。

在一个优选实施例中，电子控制装置22和/或第一温度传感器18和/或第二温度传感器20是安装了装置2的车辆的温度传感器，电子装置22例如是车辆发动机控制单元的组成部分。装置2因此具有非常低的***格。

第一连接器24、第二连接器26和第三连接器28例如是能够抵抗由发动机产生的相对大的温度变化和电磁干扰的铠装电缆。

如上所述的装置2能够实现现在将描述的根据本发明的起动辅助方法。

下文的说明将使用根据图2的流程图来呈现用于被供应可能包含乙醇的燃料的内燃发动机的起动辅助方法的示例的主要步骤。

例如，当车门解锁随后驾驶员车门打开时，起动阶段开始。也可以当电子起动卡***车辆的读卡器并且驾驶员例如同时踩下制动踏板和离合器踏板（发动机关闭）时，图2中框1表示的起动阶段开始。重要的是要注意，出于安全原因，电控阀12默认处于打开位置。

因此，当电子控制装置22检测到起动阶段时，执行由框3表示的第二阶段。在该第二阶段，第一温度传感器18测量发动机冷却***的液体温度，并通过第一连接器24将温度信息传送到电子控制装置22。同样，第二温度传感器20测量室外空气温度，并通过第二连接器26将信息传送到电子控制装置22。来自两个温度传感器18和20的温度信息例如用能够由电子控制装置22设定的给定持续时间内的2至N个数量的采样求平均值。因此潜在测量干扰和/或偏差的风险有所降低。

为第一温度传感器18确定可以在发动机温度值的整个范围内选择的第一阈值。然而，该阈值将优选地在例如从10℃到30℃的小范围内选择。在以下示例中，该第一阈值将被选择为20℃。

同样，为第二温度传感器20确定可以在环境空气温度值的整个范围内选择的第二阈值。然而，该阈值将优选地在例如从0℃到10℃的小范围内选择。在以下示例中，该第二阈值将被选择为5℃。

第一和第二阈值被记录在车辆的发动机控制单元（未示出）的存储器中，以便可用于电子装置22来驱动阀12。

在图2所示流程图的框3中，电子装置22将通过第一温度传感器18测量的发动机温度与第一阈值进行比较，并将通过第二温度传感器20测量的室外空气温度与第二阈值进行比较。

根据图2所示的框3，条件是：室外空气温度低于第二阈值，发动机温度低于第一阈值。

根据首先由第二传感器20测量的环境或室外空气的温度，其次由第一传感器18测量的发动机的温度，出现了以下示出的几种情况：

· 空气温度低于例如5℃：

· 情况1：发动机温度例如低于20℃。

根据框3，当室外空气温度低于第二阈值5℃并且发动机冷却***的液体温度低于第一阈值20℃时，则激活根据图2所示的框9的该方法的第五步骤。

在该第五步骤中，电子控制装置22检测发动机是否自主旋转，也就是说发动机是否实际上已经起动。众所周知，该自主旋转信息源自例如车辆的发动机控制单元。

· 发动机未在自主旋转：

如果发动机没有自动旋转，则执行第六步骤。在图2中框11所示的第六步骤中，电磁阀由电子控制装置22驱动，也就是说，它是关闭的。电控阀12的响应时间为10 ms，从而允许其快速关闭。因此，当踩下制动踏板时，进气歧管4中存在的负压实际上没有被排空到制动辅助装置10。

一旦电控阀12关闭，进气歧管4以及燃烧室就与制动辅助装置10隔离。因此，燃烧室的减压可以更快实现。此外，这是可重复的，因为制动伺服机构的状态不影响燃烧室中的主导压力。

由于保持低压，或者换句话说，由于保持在燃烧室中的负压，即使当燃料混合物为100%乙醇时，也有利于发动机的起动。具体而言，当燃烧室处于负压下时，乙醇蒸发量更高，从而能够确保良好的空气/燃料混合物。

因此，由于燃烧室中保持负压，乙醇的蒸发得到改善，从而有利于乙醇的燃烧，并因此有利于发动机的起动。

· 发动机自主旋转：

当电子控制装置22检测到发动机已经自主旋转了预定的持续时间，例如超过1 s时，则执行根据图2所示的框5的方法的第三步骤。因此，根据框5，关闭的电控阀12现在再次打开（默认位置）。因此，制动伺服机构再次能够从进气歧管4吸取压力，以便再次能够起动制动辅助，并且起动过程可以根据图2所示的框7结束，根据该方框7，过程结束，电磁阀在该示例中凭借其静止位置保持打开。

现在研究不满足如上定义的根据图2的框3的条件的情况。

· 情况2：发动机温度高于20℃。

当冷却***的液体温度高于第一阈值时，在本示例中选择为20℃，则电子控制装置22认为发动机是热的。在这种情况下，执行由图2中的框5表示的第三步骤。

在根据所述框5的这个第三步骤期间，在示例中默认打开的电控阀12不被电控装置22驱动，也就是说，电控阀12不关闭，并且起动过程可以继续，直到发动机起动。上面已经描述的框7示出了起动过程的结束（发动机的自主旋转）。

· 空气温度高于5℃：

· 情况3：发动机温度低于20℃。

尽管冷却***的液体温度低于第一阈值，但是电子控制装置22认为发动机足够热，因为空气温度高于第二阈值（提醒一下，在本说明性和非限制性示例中为5℃）。在这种情况下，执行由框5表示的第三步骤，根据该步骤，用于隔离制动辅助装置的电磁阀不受控制。

如上所述，在根据框5的该第三步骤期间，默认打开的电控阀12不被电控装置22驱动。起动过程可以继续，直到发动机起动。上面已经描述的框7示出了起动过程的结束（发动机的自主旋转）。

已经给出了发动机和空气的温度阈值来说明该装置的运行，并且这些阈值当然能够根据发动机类型和燃料中包含的乙醇量来设置。

借助于上述装置和方法，被供应含乙醇的燃料混合物的发动机的起动是可重复的。因此，本发明提供了用于改善在低温下，即低于5℃时，被供应含乙醇的燃料混合物的发动机的起动重复性的器具。

本发明也可以应用和/或安装在没有配备电子自动化或起动管理装置的车辆中。因此，本发明可以用在使用标准钥匙的车辆中。

Claims (10)

1.一种用于内燃发动机的起动辅助方法，该内燃发动机被供应可包含乙醇的燃料，并且包括在进气歧管（4）和制动辅助装置（10）之间的流体连接管道（8），所述方法包括以下步骤：

· 确定发动机温度，

· 确定室外空气温度，

· 当所述发动机温度低于第一阈值并且所述室外空气温度低于第二阈值时，在所述发动机起动阶段期间，在给定的持续时间内阻塞所述进气歧管（4）和所述制动辅助装置（10）之间的管道，

· 当所述发动机自主旋转时，使所述进气歧管（4）和所述制动辅助装置（10）之间的管道畅通。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进气歧管（4）和所述制动辅助装置（10）之间的管道在静止时是畅通的。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，所述发动机温度的所述第一阈值能够被设置在10℃和30℃之间的值的范围内。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述室外空气温度的所述第二阈值能够被设置在0℃和10℃之间的值的范围内。

5.一种用于内燃发动机的起动辅助装置（2），该内燃发动机被供应可包含乙醇的燃料，并且包括在进气歧管（4）和制动辅助装置（10）之间的流体连接管道（8），其特征在于，所述起动辅助装置包括：

· 用于确定所述发动机温度的器具，

· 用于确定所述室外空气温度的器具，

· 用于在所述发动机温度低于第一阈值并且所述室外空气温度低于第二阈值的起动阶段期间，在给定的持续时间内阻塞所述进气歧管（4）和所述制动辅助装置（10）之间的管道的器具，

· 当所述发动机自主旋转时，用于使所述进气歧管（4）和所述制动辅助装置（10）之间的管道畅通的器具。

6.根据权利要求5所述的装置（2），其特征在于，所述装置包括：

· 用于测量所述发动机温度的传感器，

· 用于测量所述室外空气温度的传感器，

· 设置在将所述进气歧管（4）连接到所述制动辅助装置（10）的管道（8）上的电控阀（12），能够根据所述阀分别是关闭还是打开来阻塞或使管道畅通，以及

· 电子控制装置（22），其具有适于接收所述发动机温度信息的第一输入端（30）、适于接收所述室外空气温度信息的第二输入端（32）和适于基于所述发动机温度信息和室外空气温度信息以及与所述发动机温度和室外空气温度相关的阈值来驱动所述电控阀（12）的输出端（34），以及

· 用于确定所述发动机的自主旋转的器具。

7.根据权利要求6所述的装置（2），其特征在于，所述电控阀（12）默认处于打开位置。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的装置（2），其特征在于，所述电控阀（12）具有10ms数量级的切换时间。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置（2），其特征在于，所述电子控制装置（22）具有至少一个可编程电子电路。

10.一种包括根据权利要求5至9中任一项所述的起动辅助装置（2）和发动机的组件，所述发动机包括进气歧管（4）、制动辅助装置（10）和在所述进气歧管（4）和所述制动辅助装置（10）之间的流体连接管道（8）。