一種輕型柴油車(chē)滿足預(yù)熱等待后起動(dòng)控制方法

摘 要：為改善搭載直接發(fā)送起動(dòng)請(qǐng)求的被動(dòng)進(jìn)入與被動(dòng)啟動(dòng)（Passive Entry Passive Start， PEPS）系統(tǒng)的柴油車(chē)的冷起動(dòng)性能，以某款2.5L輕型柴油汽車(chē)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)比直接起動(dòng)和滿足預(yù)熱等待后起動(dòng)兩種起動(dòng)方法，選取不同試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行冷起動(dòng)驗(yàn)證。結(jié)果表明，車(chē)輛在高原和低溫環(huán)境下直接起動(dòng)方法未能成功起動(dòng)，而滿足預(yù)熱等待后起動(dòng)方法能正常起動(dòng)；車(chē)輛在平原常溫環(huán)境下滿足預(yù)熱等待后起動(dòng)方法比直接起動(dòng)方法起動(dòng)時(shí)間更短。

關(guān)鍵詞：輕型柴油車(chē) 低溫 PEPS 預(yù)熱等待 起動(dòng)控制

0 引言

柴油機(jī)因良好的經(jīng)濟(jì)性、較高的熱效率、低速大扭矩等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于輕型皮卡當(dāng)中。眾所周知，柴油車(chē)在低溫環(huán)境下起動(dòng)性能差，這主要因素既有進(jìn)氣溫度低、起動(dòng)轉(zhuǎn)速低、蓄電池性能下降等外界條件，又有起動(dòng)沒(méi)有預(yù)熱導(dǎo)致燃油霧化不良、起動(dòng)轉(zhuǎn)速低、噴油量循環(huán)變動(dòng)等自身?xiàng)l件[1]。環(huán)境因素和控制參數(shù)對(duì)柴油機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的影響程度高于發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)[2]，且相比于采用進(jìn)氣加熱或增壓大壓縮比和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，采用預(yù)熱塞預(yù)熱能明顯提高柴油機(jī)冷起動(dòng)性能[3]。為此，將預(yù)熱塞的工作模式細(xì)分前預(yù)熱、暫停預(yù)熱、強(qiáng)化預(yù)熱、起動(dòng)預(yù)熱等多個(gè)狀態(tài)以保證柴油機(jī)能夠滿足啟動(dòng)[4]。

隨著國(guó)內(nèi)皮卡市場(chǎng)的發(fā)展，提升用戶體驗(yàn)的相關(guān)電子配置也越來(lái)越多，其中被動(dòng)進(jìn)入與被動(dòng)啟動(dòng)（Passive Entry Passive Start， PEPS）系統(tǒng)因提升了用戶在車(chē)輛進(jìn)入及車(chē)輛啟動(dòng)的操縱便利性也成了了許多車(chē)型的標(biāo)配。目前車(chē)型搭載的PEPS系統(tǒng)主要有五種起動(dòng)方式，分別主動(dòng)預(yù)熱、智能判斷預(yù)熱狀態(tài)、直接起動(dòng)請(qǐng)求、組合預(yù)熱和智能判斷和緊急起動(dòng)。針對(duì)第三種起動(dòng)方式，研究開(kāi)發(fā)滿足預(yù)熱等待后起動(dòng)控制方法，使ECU根據(jù)當(dāng)前的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)和車(chē)輛設(shè)置來(lái)決定是否允許起動(dòng)，對(duì)于提高柴油車(chē)?yán)錂C(jī)起動(dòng)性能具有重要意義。

1 試驗(yàn)車(chē)輛介紹

1.1 試驗(yàn)車(chē)輛

用于試驗(yàn)的柴油車(chē)配備一臺(tái)排量2.5升，額定功率110kW的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。后處理系統(tǒng)包括柴油氧化催化劑（DOC）、選擇性催化還原（SCR）和SCR催化劑包覆的柴油顆粒過(guò)濾器（SDPF）。更換車(chē)輛規(guī)格的詳細(xì)信息見(jiàn)表1所示。

1.2 控制方法介紹

柴油車(chē)的冷機(jī)起動(dòng)過(guò)程示意由圖1所示。由圖1可看出，柴油機(jī)在冷機(jī)起動(dòng)過(guò)程中預(yù)熱塞工作狀態(tài)有發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)激活狀態(tài)（256）、識(shí)別水溫信號(hào)狀態(tài)（0）、前預(yù)熱狀態(tài)（16）、強(qiáng)化預(yù)熱狀態(tài)（48）、暫停預(yù)熱（80）、開(kāi)始預(yù)熱狀態(tài)（112）和后預(yù)熱狀態(tài)（176）。預(yù)熱塞溫度能夠在通電時(shí)間的2秒以內(nèi)達(dá)到1000-1200℃。

由于PEPS系統(tǒng)為直接起動(dòng)請(qǐng)求的起動(dòng)方式是預(yù)熱塞不經(jīng)過(guò)前預(yù)熱狀態(tài)而直接起動(dòng)，因此本文通過(guò)修改軟件邏輯并且進(jìn)行合理化標(biāo)定，使得搭載此PEPS系統(tǒng)車(chē)輛在滿足預(yù)熱等待后才進(jìn)行起動(dòng)。具體控制邏輯介紹如圖2所示。實(shí)際控制策略實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：首先將待機(jī)狀態(tài)到啟動(dòng)預(yù)熱狀態(tài)的時(shí)間與前預(yù)熱時(shí)間標(biāo)定成一致，使得只有當(dāng)剩余前預(yù)熱時(shí)間為零時(shí)前預(yù)熱狀態(tài)則結(jié)束；其次將最大等待時(shí)間標(biāo)定得比待機(jī)狀態(tài)到啟動(dòng)預(yù)熱狀態(tài)的時(shí)間略大些；最后再設(shè)置一個(gè)合適的起動(dòng)機(jī)接合時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閾值。通過(guò)以上三步可確保發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫情況下只有完成前預(yù)熱狀態(tài)后起動(dòng)機(jī)才能正常被激活。

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)?zāi)康氖菍?duì)比直接起動(dòng)和滿足預(yù)熱等待后起動(dòng)兩種起動(dòng)方法的起動(dòng)表現(xiàn)，因此本次試驗(yàn)方案見(jiàn)表2。其中，盡量將對(duì)比的數(shù)據(jù)的外部邊界參數(shù)控制較為一致，即環(huán)境壓力、水溫等邊界控制在相同的范圍內(nèi)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

形成合適的可燃混合氣是保證缸內(nèi)燃燒的先決條件，混合氣過(guò)過(guò)濃或過(guò)稀均不能燃燒。柴油機(jī)在冷起動(dòng)過(guò)程中存在燃油噴到缸套，影響混合氣的形成，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)未能成功著火。前文也提到預(yù)熱塞溫度能夠在通電時(shí)間的2秒以內(nèi)達(dá)到1000-1200℃，便于加熱后續(xù)噴入缸內(nèi)的油束，為穩(wěn)定著火和燃燒提供了有利的環(huán)境。為便于后續(xù)數(shù)據(jù)分析，將PEPS直接起動(dòng)定義為測(cè)試1，將待預(yù)熱時(shí)間結(jié)束后PEPS再起動(dòng)定義為測(cè)試2。因此接下來(lái)將介紹平原常溫、高原常溫和平原低溫三種環(huán)境下測(cè)試1和測(cè)試2的數(shù)據(jù)對(duì)比。

2.1 平原常溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

車(chē)輛在平原常溫情況（氣壓1027hPa， 冷卻水溫度13℃）下測(cè)試1和測(cè)試2的冷機(jī)起動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖3所示。由圖3可知，測(cè)試1是在點(diǎn)火信號(hào)觸發(fā)的同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)試2是在點(diǎn)火信號(hào)觸發(fā)一定的預(yù)熱等待時(shí)間后發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。測(cè)試1的起動(dòng)時(shí)間是1.18s，與之相比的是測(cè)試2的起動(dòng)時(shí)間0.48s。這是因?yàn)闇y(cè)試2的預(yù)熱塞的前預(yù)熱過(guò)程使燃油開(kāi)始汽化的時(shí)間提前，擴(kuò)散燃燒速度加快，著火延遲期縮短，從而使柴油機(jī)能更迅速地起動(dòng)并穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 高原常溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

車(chē)輛在高原常溫情況（氣壓571hPa， 冷卻水溫度36℃）下測(cè)試1和測(cè)試2的冷機(jī)起動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖4所示。由圖4可看出，測(cè)試1的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高達(dá)到467rpm但卻未能成功起動(dòng)，與之對(duì)比的測(cè)試2起動(dòng)順利且起動(dòng)時(shí)間僅有1.17s。這是因?yàn)楦咴暮０胃撸瑲鈮旱?，?dǎo)致空氣密度小，在柴油機(jī)吸入相同體積的空氣量時(shí)，柴油機(jī)得到的氧氣含量減少，燃燒效率下降，再加上缺少了起動(dòng)過(guò)程的預(yù)熱使得噴入缸內(nèi)的燃油無(wú)法及時(shí)有效地汽化，從而導(dǎo)致柴油機(jī)在不完全燃燒中震蕩而得不到蓄力，最終導(dǎo)致柴油機(jī)起動(dòng)失敗。測(cè)試2的預(yù)熱塞可以加熱進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣，提高空氣溫度，降低柴油的自燃溫度，從而有助于柴油在壓縮過(guò)程中更容易壓燃，提高燃燒效率，從而使柴油機(jī)能夠順利起動(dòng)。

2.3 平原低溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

車(chē)輛在平原低溫情況（氣壓1052hPa， 冷卻水溫度-17℃）下測(cè)試1和測(cè)試2的冷機(jī)起動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖5所示。由圖5可看出，測(cè)試1的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高達(dá)到142rpm且未能成功起動(dòng)，與之對(duì)比的測(cè)試2起動(dòng)順利且起動(dòng)時(shí)間僅有1.31s。這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)本身是通過(guò)壓縮空氣產(chǎn)生熱量來(lái)點(diǎn)燃柴油的，在寒冷環(huán)境下，由于空氣溫度低，柴油的自燃溫度提高，使得點(diǎn)火困難，因此在缺少預(yù)熱塞預(yù)熱情況下噴入柴油機(jī)的柴油沒(méi)有被壓燃從而轉(zhuǎn)速僅有142rpm，最終則是柴油機(jī)起動(dòng)失敗。相比之下，測(cè)試2由于預(yù)熱塞的預(yù)熱工作可以使缸內(nèi)快速形成霧化良好的混合氣，使得柴油機(jī)順利起動(dòng)。

3 結(jié)論

新的起動(dòng)控制方法能實(shí)現(xiàn)直接發(fā)送起動(dòng)請(qǐng)求的PEPS系統(tǒng)在起動(dòng)車(chē)輛前完成預(yù)熱等待；車(chē)輛在高原和低溫環(huán)境下直接起動(dòng)方法未能成功起動(dòng)，而滿足預(yù)熱等待后起動(dòng)方法能正常起動(dòng)；車(chē)輛在平原常溫環(huán)境下滿足預(yù)熱等待后起動(dòng)方法比直接起動(dòng)方法起動(dòng)時(shí)間更短。

參考文獻(xiàn)：

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