CN111636970B - 一种基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法。包括：获取首循环点火参数：缸内放热率峰值相位与上止点相位之差小于设定阈值时对应的PFI点火角、GDI点火角以及PFI与GDI的喷油比；根据冷却液的温度确定总喷油量；采用PFI与GDI复合点火。在后续每次点火循环中：采集冷却液的实时温度，并根据冷却液的实时温度更新总喷油量；判断冷却液的实时温度是否大于等于暖机起点温度，如果是，则采用PFI喷射模式进行点火，如果否，则降低GDI的喷油比例；更新PFI点火角以及GDI点火角；根据更新的总喷油量、PFI与GDI的喷油比、PFI点火角以及GDI点火角，采用PFI与GDI复合点火。本发明能够使发动机在低燃油消耗的基础上，以较低的排放水平快速起动。

Description

一种基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法
技术领域
本发明涉及发动机优化控制技术领域，特别是涉及一种基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法。
背景技术
发动机的冷起动性能是其重要的性能指标之一，影响到发动机的工作效率和机械结构的使用寿命，同时发动机在冷起动期间的各种污染物排放超标也是亟待解决的问题。
在传统的基于PFI(进气道喷射)的发动机中，由于发动机经过较长时间的停机，机体温度较低，润滑油粘度增加了起动过程中机械摩擦损失。燃料温度低挥发性较差，喷射过程中不易形成较好的混合气，造成起动困难、起动时间长等问题，所以在现有的条件下发动机冷起动不得不增加循环喷油量，以满足混合气中燃油浓度的要求。这就导致有大量的燃油没有燃烧就被排出气缸，造成大量的HC、CO、NOX污染和燃料的浪费。
在基于GDI(缸内直喷)的发动机中，由于喷射压力较高，燃油雾化效果好，排放超标的问题得到一定程度的改善，但是未燃HC排放依然很高。
PFI+GDI复合喷射兼顾了PFI和GDI的优势，可以保证在PFI喷射形成的均质混合气中，采用GDI喷射进行局部加浓，易形成分层混合气，可以有效减少燃油加浓比例，改善燃油经济性和排放性。
在PFI+GDI复合喷射的加持下，探索一种新型的喷油点火方式，既能保证快速起动又兼顾较低的排放水平是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，能够使发动机在低燃油消耗的基础上，以较低的排放水平起动。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，包括：
获取首循环喷油参数，所述首循环喷油参数为缸内放热率峰值相位与上止点相位之差小于设定阈值时对应的PFI喷油角、GDI喷油角以及PFI与GDI的喷油比，所述首循环喷油参数为事先通过对所述复合喷射发动机进行试验标定的，PFI表示进气道喷射，GDI表示缸内直射；
根据冷却液的温度确定总喷油量；
根据所述总喷油量以及所述首循环喷油参数，采用PFI喷射模式与GDI喷射模式一同进行首循环喷油；
在后续每次点火循环中：
采集冷却液的实时温度，并根据冷却液的实时温度更新所述总喷油量；
判断冷却液的实时温度是否大于等于暖机起点温度，如果是，则采用PFI喷射模式进行喷油，如果否，则
降低GDI的喷油比例，并更新PFI与GDI的喷油比；
更新发动机点火角；
根据更新的总喷油量、PFI与GDI的喷油比、发动机点火角，采用PFI喷射模式与GDI喷射模式一同进行喷油。
可选的，所述暖机起点温度为45℃。
可选的，所述更新发动机点火角，具体包括：
在上一点火循环的点火角的基础上，以使缸内燃烧状况接近爆燃为原则，以设定步长提前或推迟点火角。
可选的，所述在上一点火循环的点火角的基础上，以使缸内燃烧状况接近爆燃为原则，以设定步长提前或推迟点火角，具体包括：
判断上一点火循环是否出现爆燃信号：
若上一点火循环出现爆燃信号，则推迟点火角；
若上一点火循环没有出现爆燃信号，则提前点火角。
可选的，在所述获取首循环喷油参数之前，还包括：
获取发动机曲轴和凸轮轴位置信号；
判断发动机曲轴和凸轮轴相位是否相匹配，若设定数量次的检测结果均为发动机曲轴和凸轮轴相位不匹配，则发出报警信号。
可选的，在确定所述发动机曲轴和凸轮轴相位相匹配后，判断发动机冷却液温度是否小于40℃。
可选的，在确定所述发动机冷却液温度小于40℃后，判断发动机的转速是否大于300rpm，若设定数量次的检测结果均为发动机的转速小于300rpm，则发出报警信号。
可选的，在确定发动机的转速大于300rpm后，判断发动机燃油轨压是否在设定范围内，若设定数量次的检测结果均为发动机燃油轨压不在设定范围内，则发出报警信号。
可选的，在每次点火之后还包括：
判断缸内工质是否正常起燃，若设定数量次的检测结果均为缸内工质没有正常起燃，则发出报警信号。
可选的，在所述每次点火之后还包括：
判断发动机的转速是否大于1000rpm，若设定数量次的检测结果均为发动机的转速均小于1000rpm，则发出报警信号。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，以缸内放热率峰值相位最靠近上止点为原则，确定首循环点火中的PFI喷油角、GDI喷油角以及PFI与GDI的喷油比，并根据冷却液的温度确定总喷油量。在后续的点火循环中，根据冷却液的温度实时更新总喷油量，以及逐渐降低GDI所占总油量的喷射比例，直至冷却液温度达到暖机起点温度，在冷却液温度达到暖机起点温度后，便仅采用PFI模式进行点火。这一点火控制过程，不仅节省了燃油量，而且，减少了污染。
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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提高了一种基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤101：获取首循环喷油参数，所述首循环喷油参数为缸内放热率峰值相位与上止点相位之差小于设定阈值时对应的PFI喷油角、GDI喷油角以及PFI与GDI的喷油比，所述首循环喷油参数为事先通过对所述复合喷射发动机进行试验标定的；
步骤102：根据冷却液的温度确定总喷油量；
步骤103：根据所述总喷油量以及所述首循环喷油参数，采用PFI喷射模式与GDI喷射模式一同进行首循环喷油；
在后续每次点火循环中：
步骤1041：采集冷却液的实时温度，并根据冷却液的实时温度更新所述总喷油量；
步骤1042：判断冷却液的实时温度是否大于等于暖机起点温度；
步骤1043：如果冷却液的实时温度大于等于暖机起点温度，则采用PFI喷射模式进行喷油；
步骤1044：如果冷却液的实时温度小于暖机起点温度，则降低GDI的喷油比例，并更新PFI与GDI的喷油比；更新PFI点火角以及GDI点火角；根据更新的总喷油量、PFI与GDI的喷油比、PFI喷油角以及GDI喷油角，采用PFI喷射模式与GDI喷射模式一同进行点火。
在发动机确定为冷起动模式后，若发动机满足喷油点火条件则控制器控制相关附件开始喷油点火，在实施例中，比如，设置首循环PFI喷油正时为380°BTDC(压缩上止点前380°)，首循环GDI喷油正时为60°BTDC(压缩上止点前60°)、PFI与GDI喷油比设置为4:1(依据实验此时缸内放热率峰值相位最靠近上止点)。需要注意的是，以上发动机首循环喷油正时和PFI/GDI喷射比例依据实验标定而确定，不同的发动机需要做具体的区分，此处只给出适用于本实施例的参数，同时首循环总喷油量由冷却液温度决定，由实验标定。在实施例中，随着起动过程转速的上升，发动机的循环进气量减少，为了保证良好的燃烧效果，相应减少总喷油量，以满足空燃比在适合的范围内，这时的循环进气量的减少受冷却液温度升高的影响，进而影响循环喷油量。因为起动过程转速上升，循环进气量下降，总喷油量减少，考虑到起动过程中燃油经济性，应逐步减小GDI所占总油量的喷射比例，增加PFI所占总油量的喷射比例，PFI/GDI比例的变化受温度的影响，由实验标定。随着时间的推移，转速不断上升，冷却液温度也随之上升，当冷却液温度大于暖机起点温度，如45℃时，喷射模式完全切换为PFI喷射模式，这里选择45℃为暖机的起点，在暖机状态下，PFI比GDI所需喷射压力低，发动机驱动附件损失小，且PFI燃油雾化时间长，燃烧充分，经济性好。概括来说，冷起动模式下，起动首循环混合气最浓，之后随着转速的上升逐步减油使混合气变稀，并从PFI/GDI燃油复合喷射方式逐步切换为纯PFI喷射方式。
在实施例中，在后续点火循环中，发动机点火角的更新方法为：在上一点火循环的点火角的基础上，以使缸内燃烧状况接近爆燃为原则，以设定步长提前或推迟点火角，逐渐逼近产生爆燃的点火角，具体步长可以由发动机的特性进行标定。下面以示例的方式对，发动机点火角的更新方法进行解释说明：
首先，在冷起动期间缸内传感器不断地检测爆燃是否发生。
在一个实施例中，可以设置首循环点火提前角为10°BTDC(压缩上止点前10°)，这一点火提前角受起动温度的影响，由发动机实验标定；
S001：进行爆燃信号检测；
判断S001是否有爆燃信号，若无爆燃信号则下一循环以3°为一个步长提前点火，并进行S021爆燃信号检测；
若S021无爆燃信号，则下一循环以3°为一个步长提前点火，并再次进行S021爆燃信号检测；
若S021触发爆燃信号，则下一循环以2°为一个步长推迟点火，并进行S031爆燃信号检测；
若S031触发爆燃信号，则下一循环以2°为一个步长推迟点火，并再次进行S031爆燃信号检测；
若S031无爆燃信号，则下一循环以1°为一个步长提前点火，并返回S031进行爆燃信号检测；
若S001触发爆燃信号，则下一循环以3°为一个步长推迟点火，并进行S022爆燃信号检测；
若S022触发爆燃信号，则返回下一循环以3°为一个步长推迟点火，并再次进行S022爆燃信号检测；
若S022无爆燃信号，则下一循环以2°为一个步长提前点火，并进行S032爆燃信号检测；
若S032无爆燃信号，则下一循环以2°为一个步长提前点火，并再次进行S032爆燃信号检测；
若S032触发爆燃信号，则下一循环以1°为一个步长推迟点火，并返回S032进行爆燃信号检测。
整个过程保证了每次的点火角可以使缸内产生轻微爆燃，以在合理的范围之内获取较高的爆发压力，使发动机转速快速上升，做到快速起动。
在实施例中，在步骤101之前，还可以包括：检查发动机曲轴信号和凸轮轴信号是否正常、检查发动机机体温度；根据曲轴信号计算发动机转速；检查高压油轨中的燃油压力。检测曲轴信号和凸轮轴信号用来判别发动机的工作缸，且检查曲轴信号凸轮轴信号是否匹配防止进排气故障；检查发动机温度以判断发的动机是否满足冷起动的温度条件。进一步地，通过曲轴信号计算出发动机的转速，只有在达到一定转速的时候才能向缸内喷射燃油。进一步地，GDI喷射模式采用高压共轨燃油喷***，由于GDI喷射是在压缩冲程进行，需要克服的压力较大，自然而然地需要在油轨中建立一定的压力才能成功喷入气缸，所以喷射之前需要检查油轨中燃油压力是否满足喷射条件。
具体实现方式可以如下：
获取发动机曲轴和凸轮轴位置信号，并判断发动机曲轴和凸轮轴相位是否匹配；若发动机曲轴和凸轮轴相位不匹配，则计为一次故障；判断故障次数，若发动机曲轴和凸轮轴不匹配故障次数小于等于5次，则重复获取发动机曲轴和凸轮轴位置信号并判断发动机曲轴和凸轮轴相位是否匹配；若发动机曲轴和凸轮轴不匹配故障次数大于5次，则发动机故障停机并对发动机曲轴和凸轮轴相位不匹配这一现象进行报警；若在故障次数大于5次之前，发动机曲轴和凸轮轴相位匹配成功，则开始获取发动机冷却液温度。
判断发动机冷却液温度是否小于40℃；若发动机冷却液温度大于等于40℃，则发动机进入正常起动模式；若发动机冷却液温度小于40℃，则表明发动机进入冷起动模式，则起动电机开始工作拖动发动机转动，并根据发动机曲轴信号开始计算发动机转速。
判断发动机的转速是否大于300rpm；若发动机转速小于300rpm，则记为一次故障；判断故障次数，若发动机转速小于300rpm的故障次数小于等于5次，则重复获取发动机的转速信号并与300rpm进行比较；若发动机转速小于300rpm故障次数大于5次，则发动机故障停机并对发动机转速小于300rpm这一现象进行报警；若在故障次数大于5次之前，发动机转速大于300rpm，则开始获取燃油轨压。
判断发动机燃油轨压是否满足要求；若发动机燃油轨压不满足要求，则记为一次故障；判断故障次数，若发动机燃油轨压不满足要求故障次数小于等于5次，则重复获取发动机的燃油轨压并检查是否满足要求；若发动机燃油轨压不满足要求故障次数大于5次，则发动机故障停机并对发动机燃油轨压不满足要求这一现象进行报警；若在故障次数大于5次之前，发动机燃油轨压满足要求，则执行步骤101。
在实施例中，在每次点火之后，还可以包括：
判断缸内工质是否正常起燃；即检查曲轴角加速度是否大于0，若角加速度为正值，表明气缸内部混合气已经燃烧；若曲轴角加速度为非正数，则表明缸内失火；若发动机缸内失火，则记为一次故障；判断故障次数，若发动机缸内失火故障次数小于等于5次，则火花塞重复跳火一次并判断缸内工质是否正常起燃燃烧；若发动机缸内失火故障次数大于5次，则发动机故障停机并对发动机缸内失火这一现象进行报警；若在故障次数大于5次之前，发动机缸内工质起燃燃烧，则根据发动机曲轴信号计算发动机当前转速。
判断发动机的转速是否大于1000rpm；若发动机转速小于1000rpm，则记为一次故障；判断故障次数，若发动机转速小于1000rpm的故障次数小于等于5次，则重复获取发动机的转速信号并与1000rpm进行比较；若发动机转速小于1000rpm故障次数大于5次，则发动机故障停机并对发动机转速小于1000rpm这一现象进行报警；若在故障次数大于5次之前，发动机转速大于1000rpm，则冷起动成功进入下一点火循环。
本发明兼顾喷油控制策略和发动机点火提前角控制策略，使发动机喷油正时随温度的不同相应地变化，在保证在不失火的前提下尽量减少燃油消耗，同时尽量使缸内爆发压力靠近上止点，实现了快速起动。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，其特征在于，包括：
获取首循环喷油参数，所述首循环喷油参数为缸内放热率峰值相位与上止点相位之差小于设定阈值时对应的PFI喷油角、GDI喷油角以及PFI与GDI的喷油比，所述首循环喷油参数为事先通过对所述复合喷射发动机进行试验标定的，PFI表示进气道喷射，GDI表示缸内直射；
根据冷却液的温度确定总喷油量；
根据所述总喷油量以及所述首循环喷油参数，采用PFI喷射模式与GDI喷射模式一同进行首循环喷油；
在后续每次点火循环中：
采集冷却液的实时温度，并根据冷却液的实时温度更新所述总喷油量；
判断冷却液的实时温度是否大于等于暖机起点温度，如果是，则采用PFI喷射模式进行喷油，如果否，则
降低GDI的喷油比例，并更新PFI与GDI的喷油比；
更新发动机点火角；
根据更新的总喷油量、PFI与GDI的喷油比、发动机点火角，采用PFI喷射模式与GDI喷射模式一同进行喷油。
2.根据权利要求1所述的基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，其特征在于，所述暖机起点温度为45℃。
3.根据权利要求1所述的基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，其特征在于，所述更新发动机点火角，具体包括：
在上一点火循环的点火角的基础上，以使缸内燃烧状况接近爆燃为原则，以设定步长提前或推迟点火角。
4.根据权利要求3所述的基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，其特征在于，所述在上一点火循环的点火角的基础上，以使缸内燃烧状况接近爆燃为原则，以设定步长提前或推迟点火角，具体包括：
判断上一点火循环是否出现爆燃信号：
若上一点火循环出现爆燃信号，则推迟点火角；
若上一点火循环没有出现爆燃信号，则提前点火角。
5.根据权利要求1所述的基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，其特征在于，在所述获取首循环喷油参数之前，还包括：
获取发动机曲轴和凸轮轴位置信号；
判断发动机曲轴和凸轮轴相位是否相匹配，若设定数量次的检测结果均为发动机曲轴和凸轮轴相位不匹配，则发出报警信号。
6.根据权利要求5所述的基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，其特征在于，在确定所述发动机曲轴和凸轮轴相位相匹配后，判断发动机冷却液温度是否小于40℃。
7.根据权利要求6所述的基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，其特征在于，在确定所述发动机冷却液温度小于40℃后，判断发动机的转速是否大于300rpm，若设定数量次的检测结果均为发动机的转速小于300rpm，则发出报警信号。
8.根据权利要求7所述的基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，其特征在于，在确定发动机的转速大于300rpm后，判断发动机燃油轨压是否在设定范围内，若设定数量次的检测结果均为发动机燃油轨压不在设定范围内，则发出报警信号。
9.根据权利要求1所述的基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，其特征在于，在每次点火之后还包括：
判断缸内工质是否正常起燃，若设定数量次的检测结果均为缸内工质没有正常起燃，则发出报警信号。
10.根据权利要求1所述的基于复合喷射发动机的冷起动喷油点火控制方法，其特征在于，在所述每次点火之后还包括：
判断发动机的转速是否大于1000rpm，若设定数量次的检测结果均为发动机的转速均小于1000rpm，则发出报警信号。
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