一种发动机的快速起动方法与流程

本发明涉及一种发动机的快速起动方法，属于发动机控制领域。

背景技术：

发动机的曲轴和凸轮轴信号的同步识别是发动机控制软件的一个核心功能，其是决定发动机的起动性能的关键因素。同步识别即电控系统根据曲轴信号和凸轮信号确定发动机的相位，同步后才能按照定义的缸序依次进行喷油和点火等正时控制。同步识别的时间由曲轴信号和凸轮轴信号的形式及算法的优劣决定，目前现有的大多数技术中确定发动机相位曲轴需要旋转两圈即720°。

传统的控制，对于气道喷射形式的发动机系统燃油先喷射到气道内，与空气形成混合气后再一起进入汽缸。由于燃油从气道进入气缸的延时，所以当电控系统控制第一个气缸点火时气缸内没有燃油，导致发动机起动的时间不理想。尤其，在寒区条件下起动机的转速比较低，起动时间相对更长。

综上所述，因此发动机相位的快速同步识别并且尽早的控制喷油等正时，才能提高发动机的起动性能。

目前现有专利中的快速同步方案中都引入了停机相位检测方案：有使用磁电信号进行停机时相位检测的方法，但磁电传感器响应速度慢，且最低转速识别在几十转，很难反应停机时曲轴信号和凸轮信号的真实情况；也有专利称在停机时控制喷油使发动机停在某缸位置，但该方法实现困难且很难达到效果。

技术实现要素：

针对以上情况，本发明的目的在于提供一种发动机的快速起动方法，是基于霍尔传感器的一种发动机快速起动的方法，相对磁电传感器，霍尔传感器的优点是响应频率高、抗干扰能力强，最低识别转速可达0 rpm；使发动机能在曲轴360°范围内快速识别同步，并且控制喷油预喷使燃料在第一时间进入气缸，可以提高发动机的起动性能，并且延长起动机和蓄电池的寿命。

本发明的技术方案是这样实现的：一种发动机的快速起动方法，实现该方法的装置包含发动机控制单元、曲轴码盘及曲轴传感器、凸轮码盘及凸轮轴传感器，曲轴及凸轮轴传感器类型为霍尔传感器；其特征在于：依据停机相位、曲轴信号和凸轮信号进行快速同步识别，快速同步后控制喷油预喷，具体步骤如下：

1.发动机停机位置的检测方案，具体的实现步骤如下：

1）激活发动机停机位置检测的功能。当发动机处于同步状态、检测到停机指令且转速低于设定值时，使能停机检测功能。

2）停机前反转位置的检测，具体的检测过程包括：

a）停机前曲轴信号反转的预测；

b）根据曲轴信号检测反转位置，并记录反转时相位信息；

c）根据曲轴信号和凸轮信号对反转检测进行校验。

3）停机检测。检测到反转后再检测到曲轴信号超时，则确认发动机停机。

4）掉电时保存检测的停机相位状态。

2.依据停机相位、曲轴信号和凸轮信号的快速同步识别并进行喷油的预喷控制，其具体的实现步骤如下：

1）读取上次发动机的停机相位。

2）检测曲轴信号和凸轮信号，并根据曲轴信号和凸轮信号状态条件进入快速识别策略。

3）快速同步策略。根据停机相位状态、曲轴信号及凸轮信号状态快速识别发动机同步。快速识别成功，则触发快速同步中断；否则等待正常的同步策略。在快速同步中断中，按照当前的发动机相位对进气冲程的气缸进行喷油预喷控制。

4）正常同步策略。在曲轴信号相位和凸轮信号相位都确定的基础上的同步识别。同步确认后，校验快速同步的相位，校验一致则按当前相位继续工作；否则修正发动机相位并且禁止已经触发的喷油预喷数据，重新按修正后的相位继续正时的相关控制。

本发明的积极效果是使发动机能在曲轴360°范围内快速识别同步，并且控制喷油预喷使燃料在第一时间进入气缸，可以提高发动机的起动性能，并且延长起动机和蓄电池的寿命。

附图说明

图1是本发明方法的实现装置图。

图2是停机过程曲轴信号变化示例图。

图3是本发明的发动机停机位置检测的流程图。

图4是本发明发动机快速起动方案的状态图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，一种发动机的快速起动方法，其特征在于：

1）根据停机位置、曲轴信号和凸轮信号等信息进行快速同步识别；

2）根据快速同步相位进行喷油预喷控制。

3）在正常同步策略中校验快速同步的相位。

所述停机位置的检测使用现有霍尔传感器检测的过程如下：

1）在TDC位置根据曲轴信号的周期预测发动机是否会反转；

2）根据曲轴信号预测到会反转后，激活反转检测程序；

3）检测到反转后，检测曲轴信号及凸轮信号并对反转情况进行校验。

所述的快速同步识别的方法如下：

1）停机相位可用，则使用曲轴信号及凸轮信号的信息对相位快速判断。

2）停机相位不可用，则使用曲轴信号和凸轮信号的特征信息快速判断同步。

所述的喷油预喷控制是对进气的气缸进行喷油正时控制。

所述的正常同步策略是在曲轴信号相位和凸轮信号相位都确定的基础上发动机相位的判断。

所述的反转预测是曲轴信号的预测范围在两次TDC之间，且根据实际发动机进行设置。

所述的反转检测程序设定反转检测的曲轴信号阈值，该阈值根据实际发动机停机反转时信号的变化率进行设定。

所述的反转校验是根据曲轴和凸轮的理论位置校验反转情况。

如图2所示，实际测量的发动机停机过程中信号的变化情况，对发动机的停机过程进行分析。其中传感器类型为霍尔传感器，曲轴码盘为60-2，凸轮码盘为6+1形式：正常齿间隔为120°，即20个曲轴齿。根据发动机转速的变化特征，在正常情况下TDC处发动机转速相对较小，曲轴信号在TDC附近由窄-宽-窄变化，如图所示在凸轮信号第三个上升沿后即为TDC位置曲轴信号的变化情况。

发生发转时，则曲轴信号由窄-宽-窄的变化出现在TDC范围之外，如图中在TDC后经过15个齿后曲轴周期由窄-宽-窄的变化，则初步确认发动机反转。且经过第四个凸轮信号的判断其相对曲轴的位置出现偏差，进一步确认了发动机反转。由于发动机的惯性，接下来发动机会在某缸的上止点前的一定角度范围内反复几次反转过程，最终停在两个上止点间的位置。

由于各种发动机的转动惯量和摩擦阻力不同，因此停机时反转的情况会不尽相同：有的发动机停机时反转多次，有的反转一次。但通过对各种发动机的实验研究得出结论：发动机停机时在某缸的压缩冲程到达TDC前开始反转，并最终在该缸TDC和前一缸TDC之间。

图3所示，根据前面所述的结论，本发明方法中发动机停机相位检测的具体流程如下：

1）同步运行时，根据发动机运行的工况使能停机检测功能。

2）触发停机反转预测窗口。预测窗口在曲轴信号TDC前的一定范围内，且该范围根据不同发动机类型标定。

3）在预测窗口内记录连续的曲轴信号的周期。

4）根据记录曲轴的周期预测是否会发生反转，如果预测到会发生反转则触发反转检测。

5）检测发动机反转。当检测到曲轴的周期变化率大于设定的阈值则检测到反转，记录当前发动机转速、缸号等信息；否则重复2过程。

6）发动机反转的校验。检测到反转后，继续检测曲轴信号和凸轮信号并进行反转校验。当检测到凸轮信号相对曲轴信号的位置和系统配置信息不一致，则确认反转状态；否则，检测的停机相位无效，重复2过程。

7）在系统掉电时，将检测到的停机相位信息写入EEPROM，用于发动机下次起动的快速同步识别。

图4所示，发动机快速同步识别及喷油预喷的具体流程如下：

1）电控系统上电进入初始化处理程序：读取曲轴信号及凸轮信号的配置信息，从EEPROM中读取停机相位信息，之后进入停机状态。

2）在停机状态下，根据曲轴信号和凸轮信号进入等待同步状态，如图中条件1。

3）在等待同步状态下，并根据曲轴和凸轮轴信号状态条件进入快速同步策略，如图中条件3；否则，进入正常同步策略，如图条件4。

4）在快速同步策略状态中，如果停机相位有效，则在此基础上根据曲轴信号状态快速识别同步，否则根据曲轴信号和凸轮信号进行快速同步识别，同步识别成功则触发相应的喷油预喷等正时控制，并进入正常同步策略，如图条件5。

5）在正常同步策略中，首先确认曲轴信号自同步、凸轮信号自同步，然后再根据曲轴和凸轮信号的相位关系确认同步。正常同步判断成功，则校验快速同步的相位是否正确，正确则维持当前相位并继续喷油等控制；否则修正相位并禁止已经触发的喷油预喷数据，根据修正的相位重新喷油等控制。之后进入同步控制状态，如图条件6。

6）在同步状态中，使能角度管理触发角度中断控制、计算发动机相位、缸号等，当检测到曲轴信号故障则退出同步，如图条件7。