发动机起动控制方法与流程

本发明涉及一种尤其用于灵活燃料车辆(ffv)的发动机起动控制方法，更具体地，本发明涉及一种能够在使用生物燃料(例如，乙醇燃料)的车辆的冷起动时提高起动性的发动机起动控制方法。

背景技术：

在能量来源多样化、“气候变化公约”的应对和农业推广方面，汽车行业正在开发一种使用生物能量作为燃料的汽车，并且由于原油价格上涨，在巴西、中国和东南亚地区，对于使用乙醇燃料(比汽油相对便宜)的车辆的需求正在飙升。

因此，能够利用生物乙醇等作为燃料的ffv正在积极地向海外市场拓展，特别是e85ffv市场已经从全球约110,000辆呈指数级增长到2015年的1500万辆。

特别地，生物能量候选物中的生物乙醇由于燃料生产成本低而被越来越多地使用，与具有低得多的还原效果的汽油相比，co2还原效果高达40％。然而，当与汽油(55-70kpa)相比时，乙醇由于其低蒸汽压力(40kpa或更低)而挥发性低、蒸发性差。使用100％浓度的乙醇燃料的车辆可能会遇到车辆初始起动性的问题。冬季冷起动期间，这个问题变得更加严重。

作为这种车辆的初始起动性问题的常规解决方案，已经考虑了分别在专利文献1和专利文献2中提出的解决方案。

专利文献1，韩国专利注册号10-1490907，设计了一种用于在冬天冷起动期间提高车辆起动性的辅助燃料箱系统。用于冷起动的供应燃料储存在辅助箱中，并在起动时供应至发动机。用于冷起动的供应燃料是汽油或使用浓度小于22％的乙醇。在这种情况下，基于冷却剂温度来确定辅助箱一侧的燃料供应。当冷却剂温度低于一定水平时，储存在辅助箱中的冷起动燃料通过冷起动管路供应至发动机，以提供改进的冷起动性，并且在冷起动之后，停止来自辅助箱的燃料供应并且再次通过主燃料箱供应燃料。

另一方面，专利文献2，韩国专利注册号10-0980882设计了一种通过加热燃料来向发动机供应燃料的方法。在这种情况下，当点火(ig)接通时，ecu向设置在燃料泵中的加热器供电，以加热燃料，其中，在起动之后排出的燃料的温度升高，解决了乙醇燃料的低蒸汽压力问题。

在与专利文献1所示的相同的方式中，辅助燃料箱必须设置在发动机舱内。由于辅助燃料箱的设置，发动机舱内部的当前布局复杂，并且制造成本增加。另外，当发生车辆碰撞时，辅助燃料箱可能发生泄漏，导致高安全隐患。由于辅助燃料箱的储存容量小，因此燃料必须频繁地补充至辅助燃料箱，给用户带来不便。

在与专利文献2相同的方式中，在降低成本、因碰撞引起的泄漏、气味的流入等方面，与专利文献1的方法相比具有优势。当在加热的燃料供应至发动机的情况下出现热损失时，存在起动性的改进效果变差的问题。为此，可以将保护材料等添加到燃料管路的外部。然而，难以在温度极低的区域的情况下有效地减少热损失，并且难以在极短时间内达到目标燃料温度。

在本发明背景技术部分中公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不应被视为承认或以任何形式暗示该信息形成本领域技术人员已知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的各个方面涉及提供一种用于ffv的发动机起动控制方法，其被配置为用于：在起动ffv时，在通过使用具有加热功能的喷射器加热并供应燃料的情况下，在短时间内以更少的燃料供应来有效地起动。

根据本发明的示例性实施例的用于解决上述问题的发动机起动控制方法包括：在起动具有用于使用喷射器加热器来加热燃料的设备的车辆时，当确定满足起动转动(cranking)条件和燃料加热条件时，在起动转动期间通过加热喷射器加热器来将加热的燃料供应至发动机，其中，当喷射器加热器的加热时间超过预定值时，在发动机起动期间，在主喷射之前辅助执行预喷射。

可以检测每一个气缸的多个曲轴角度，并且可以基于检测到的角度，对超过预定值的靠近tdc(上止点)的气缸执行预喷射。

当检测到的角度小于或等于预定值时，可以对所有气缸执行预喷射。

在执行预喷射之后，可以在主喷射之前利用由喷射器加热器加热的燃料完成预喷射之后执行主喷射。

当喷射器加热器的加热时间超过一定的预定值时，在预喷射之后可以停止燃料供应一段时间，并且，可以执行干起动转动，以在关闭节气门的状态下实施起动转动。

在实施干起动转动之后，可以检测节气门开度，并且当检测到的节气门开度超过预定值时，可以打开节气门以执行预喷射。

在实施干起动转动之后，当节气门开度等于或小于预定值时，可以再次在关闭节气门的状态下执行起动转动。

在执行预喷射之后，可以在主喷射之前利用由喷射器加热器加热的燃料实施预喷射之后执行主喷射。

在车辆的冷起动时满足igon状态之后并且在满足起动转动条件之前，当测得的冷却剂温度或环境温度低于预定值时，在起动转动之前先使用喷射器加热器来加热喷射器达预定时间。

车辆为ffv。

基于根据本发明的示例性实施例的用于ffv的发动机控制方法，即使在冬季冷起动使用低蒸汽压力的乙醇燃料的发动机期间，也可以实现稳定起动。

此外，基于根据本发明的示例性实施例的用于ffv的发动机控制方法，在冬季冷起动使用具有低蒸汽压力的乙醇燃料的发动机的情况下，可以通过与喷射器加热一起执行预喷射来利用更少的燃料量进行快速起动。

此外，基于根据本发明的示例性实施例的用于ffv的发动机控制方法，通过使用喷射器加热器加热喷射器并执行预喷射，可以利用更少的能量和加热时间来稳定起动发动机。

本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将在本文包括的附图以及以下详细描述中显而易见并在其中进行更详细地阐述，并且附图和详细描述一起用于解释本发明的某些原理。

附图说明

图1a和图1b是示出根据本发明的示例性实施例的起动控制方法的流程图。

图2a和图2b是示出根据本发明的另一示例性实施例的起动控制方法的流程图。

图3是示出乙醇发动机的干起动转动效果的示图。

图4是指示根据本发明的另一示例性实施例的起动控制方法中的干起动转动的操作状态的信号图。

图5是示出当执行根据本发明的示例性实施例的起动控制方法时发动机rpm随时间变化的示图。

图6是示出当执行根据本发明的示例性实施例的起动控制方法时燃料消耗量和λ量的示图。

应当理解，附图不一定按比例绘制，而呈现说明本发明的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。本文公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、取向、位置和形状)将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图中的若干图，附图标记指代本发明的相同或等同的部件。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施例，其示例在附图中示出并在下面进行描述。虽然将结合示例性实施例描述本发明，但是应当理解，本说明书并不旨在将本发明限制于这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施例，而且还涵盖可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替代、修改、等同物和其它实施例。

根据本发明的示例性实施例的起动控制方法是控制使用包括乙醇燃料在内的生物燃料的ffv的发动机的起动的方法。ffv的发动机可以装配有燃料泵，用于向存储乙醇燃料的燃料箱内的燃料轨供应燃料，并且可以设置有低压泵，用于在起动时补充燃料压力。通过燃料箱中的燃料泵的操作而供应至发动机的乙醇燃料通过由凸轮轴操作的高压泵被加压至预定压力，并供应至燃料轨。

另一方面，在ffv的发动机的进气管中可以设置有节气门，其开度可以由电子节气门控制器(etc)控制；并且可以设置有节气门检测传感器，其被配置为检测节气门的开度。

进气歧管可以设置在发动机的每一个气缸中，以引入通过节气门吸入的空气，用于将燃料喷射到每一个气缸中的喷射器可以设置在进气歧管的进气口附近，并且发动机的每一个气缸盖都装配有火花塞，以点燃喷射的燃料。

供应至喷射器的燃料可以被供应至喷射器的喷嘴部。在停留在喷射器的喷嘴部中之后，当由供应至喷射器的电源操作螺线管时，针可以打开，并且针周围的燃料可以向下喷射。此时，为了加热将要供应至发动机的乙醇燃料，可以在喷嘴部的针的圆周面上设置在电流供应的同时供热的加热器，并且由从加热器传递的热量来加热燃料，使得即使在冷起动期间也可以促进燃料的雾化。

发动机的气缸体可以装配有冷却剂温度传感器，其检测用于冷却发动机的冷却剂温度，并且曲轴位置传感器可以被配置为当发动机的曲轴旋转时检测曲轴的角度。此外，曲轴可以设置有由电动机驱动的起动器，作为用于在起动发动机时使曲轴起动转动的辅助起动设备。

从各个传感器发送的信号可以输入至ecu，并且ecu输出用于控制与燃料供应、点火设备等相关的各个设备的控制信号。

在下文中，将参考附图描述根据本发明的示例性实施例的起动控制方法。

图1a和图1b是示出根据本发明的示例性实施例的起动控制方法的流程图。

根据图1a和图1b，在步骤s100，在通过发动机起动转动进行喷射器加热控制之前，为了确保使用喷射器加热器对燃料充分加热，可以执行预热喷射器的加热控制。为此，在步骤s110，ecu可以首先确定是否是驾驶员置于的起动钥匙接通状态(igkeyon)。在igon状态下，可以执行以下起动控制。

此时，在步骤s120，设置在燃料箱中用于向发动机供应燃料的低压泵操作达固定时间，或者在燃料压力低于起动所需的预定值的情况下，低压泵将操作仅达与起动所需区间一样多的、基于当前燃料压力值的预定时间。

在步骤s130，ecu通过冷却剂温度传感器检测冷却剂温度，或者通过环境温度传感器检测车辆外部的环境温度。然后在步骤s140，ecu确定冷却剂温度或环境温度是否低于预定值。

在检测到的冷却剂温度或外部温度低于预定值的情况下，当不使用喷射器加热器加热燃料时，乙醇燃料的低蒸汽压力使起动发动机变得困难。因此，在步骤s150，在起动转动之前，提前操作喷射器加热器来加热喷射器。

在步骤s160，ecu确定操作喷射器加热器所花费的时间是否超过预定值。当ecu确定操作时间超过预定值时，在步骤s170，停止低压泵和喷射器加热器的操作。喷射器加热器的操作和低压泵的操作是连动的，其中，当喷射器加热器停止操作时，低压泵也停止操作。

在步骤s180，ecu确定包括冷却剂温度和大气压力在内的条件，并且确定是否满足由包括起动器的辅助起动设备执行起动转动的条件。当确定不满足执行起动转动的条件时，停止起动控制。

当确定满足起动转动条件时，在步骤s200，ecu进入根据本发明的示例性实施例的起动控制方法中的、起动转动时的加热控制步骤。

当进入起动转动时的加热控制阶段时，在步骤s210，ecu再次通过冷却剂温度传感器或环境温度传感器检测冷却剂温度或环境温度，并且确定是否需要通过在起动转动时驱动喷射器加热器来加热并供应燃料。

当冷却剂温度或外部温度高于预定值时，确定即使在当前状态的燃料被原样供应时也没有问题，并且通过按原样执行起动转动来执行起动，而无需执行稍后描述的喷射器加热和预喷射控制。

另一方面，当冷却剂温度或环境温度低于预定值时，在步骤s220，考虑到乙醇蒸汽压力低，通过使用喷射器加热器来加热喷射器，使得燃料可以被加热并供应。

当在步骤s230，ecu确定操作喷射器加热器经历的时间超过预定值时，如后所述，ecu执行如下控制：通过在执行主喷射之前，对发动机的气缸执行预喷射，来提高起动性。

在步骤s240，在执行预喷射控制之前，ecu根据来自曲轴位置传感器的信号检测每一个气缸的曲轴角度。曲轴的外周装配有曲轴位置传感器，每当曲轴以一定角度旋转时，曲轴位置传感器都输出恒定的脉冲信号。通过曲轴位置传感器的输出值，能够确定每一个气缸的活塞是否处于tdc或下止点(bdc)。

ecu通过来自曲轴位置传感器的信号来检测每一个气缸的曲轴角度，并且在步骤s250，将活塞靠近tdc的气缸的曲轴角度与预定值进行比较。结果，当活塞靠近tdc的气缸的曲轴角度等于或小于预定值时，即，当活塞并非靠近tdc超过一定程度时，在步骤s270，在乙醇燃料的主喷射之前对所有气缸都进行预喷射。

当在主喷射之前作为早期喷射来执行预喷射时，在气缸中生成燃料(蒸汽)水坑(puddle)，之后在起动转动时燃料水坑汽化并自然地分布在气缸衬垫(liner)中。因此，即使当使用蒸汽压力低的乙醇燃料时，也能够缩短起动转动开始时间、缩短燃料供应量以及加热时间。当在不执行预喷射的情况下执行常规喷射时，不可能实现上述效果。

另一方面，作为通过来自曲轴位置传感器的信号来检测每一个气缸的多个曲轴角度的结果，当活塞靠近tdc的气缸的曲轴角度超过预定值时，也就是说，当ecu确定靠近tdc的气缸的活塞位置靠近tdc超过一定程度时，在步骤s260，仅对靠近tdc的气缸执行预喷射。这是因为在第二轮之后点燃剩余的气缸。

然后，在步骤s280，在执行预喷射，使得燃料被喷射器加热器充分加热之后，执行主喷射以起动发动机。

下表1示出在执行或不执行根据本发明的示例性实施例的预喷射的情况下，比较燃料消耗量、起动转动开始时间、起动时间和喷射器加热所需能量的结果。

(表1)

表1示出当在主喷射之前预热喷射器加热器时，燃料保持为液体而不被蒸发并流过气缸壁的壁面润湿现象显著减少(从2.20g变为0.02g)。另外，由于首先使用足以在起动转动期间被蒸发的时间和能量来执行预喷射，并且在起动转动过程中被蒸发并自然地分布在气缸中，因此考虑到了乙醇燃料的低蒸汽压力的长时间加热和供应过量的能量是不必要的。于是，能够减少起动转动开始时间(大约减少8％)和总起动时间(减少37％)，并显著节省用于起动的加热燃料的供应(减少89％)。

表2示出当操作喷射器加热器时和不操作喷射器加热器时，乙醇燃料的废气中产生的污染物的量的变化。

(表2)

如表2所示，当喷射器加热器操作时，废气中的有害气体的量能够减少至少32％，至多达81％。通过本发现，可以看出，通过操作喷射器加热器，即使在具有低蒸汽压力的乙醇的情况下也能够执行稳定的燃烧。

图2a和图2b是示出根据本发明的另一示例性实施例的起动控制方法的流程图。由于以上参考图1a和图1b描述的喷射器预热步骤与图2a和图2b的实施例相同，所以将省略重复的描述。

当在图2a的步骤180，ecu确定满足起动转动条件时，在步骤s300，ecu进入起动转动加热控制步骤。

当进入起动转动时的加热控制步骤时，在步骤310，ecu通过冷却剂温度传感器或环境温度传感器来检测发动机冷却剂温度或环境温度，并且确定是否通过在起动转动时驱动喷射器加热器来加热并供应燃料。

当冷却剂温度或外部温度高于预定值时，确定即使在当前状态的燃料被原样供应时，起动也不存在问题，使得不执行将在稍后描述的喷射器加热和预喷射以及干起动转动控制，而执行起动转动以进行起动。

另一方面，当冷却剂温度或外部空气温度低于预定值时，在步骤s320，考虑到低乙醇蒸汽压力，通过喷射器加热器来加热喷射器，使得燃料可以被加热并供应。

当在步骤s330，确定用于驱动喷射器加热器的时间超过预定值时，在步骤s340，ecu在对发动机的气缸进行主喷射之前执行预喷射以及干起动转动，如后所述。

图4是指示根据本发明的示例性实施例的起动控制方法中的干起动转动的操作状态的信号图。如图4所示，在预喷射和随后的干起动转动的情况下，在执行预喷射之后，继续由喷射器加热器进行加热，通过etc关闭节气门开口，停止外部空气的供应。在延迟燃料供应和点火的状态下，ecu通过起动辅助装置来执行起动转动。此外，如图4所示，etc关闭节气门持续特定时间段，并且再次将其打开。

根据目前的干起动转动状态，气缸的内部可以通过起动转动来形成进气真空的状态，可以容易地增加所需的真空蒸汽和燃料量，并且通过使内部产生真空，即使蒸汽少，燃烧也可以容易地发生。因此，如图3所示，通过干起动转动，气缸内部压力从①状态移动到②状态，即使在具有低蒸汽压力的燃料的情况下，包括100％浓度的乙醇燃料，也使得能够实现足够的蒸发来解决冬季起动性问题。

因此，在干起动转动之前，使用通过喷射器加热器加热到一定温度的喷射器进行预喷射，预喷射燃料可以在干起动转动过程期间容易地蒸发并在干起动转动过程期间扩散到气缸燃烧室中，从而在短时间内完成起动，减少冬季冷起动时所需的加热器能量，以及显著减少总燃料消耗量，如上所述的那样。

另一方面，在预喷射和干起动转动之后，ecu接收关于etc预定开度的信号，并且在步骤s350确定开度值是否超过预定值。

当确定etc开度超过预定值时，在步骤s360，etc开启，并且执行预喷射，并且在步骤s380，在由喷射器加热器加热的燃料的预喷射之后执行主喷射。

另一方面，当确定etc开度等于或小于预定值时，为了稳定启动，在步骤s370，ecu控制etc再次关闭节气门，并且不执行预喷射。

图5至图6示出与比较例对比时，根据本发明的示例性实施例的ffv的发动机起动控制方法的效果。

图5比较有、无喷射器加热模式下的发动机的rpm。在这方面中，vbatt表示电池的电压。如图5所示，可以看出，与不执行预喷射的情况相比，在与喷射器加热一起执行预喷射的情况下，发动机的输出rpm在短时间内更快地增加。从本案可以看出，通过实施根据本发明的示例性实施例的ffv的发动机起动控制方法，可以快速且稳定地实现起动。

图6是当与喷射器加热器未被操作时相比，当喷射器加热器被操作时，在本发明的示例性实施例中使用λ传感器比较起动所需的燃料量和废气的λ值的结果。如图6所示，当喷射器加热器开启时，可以看出，起动时所需的燃料量显著减少。此外，当喷射器加热器开启时，可以看出，废气的λ值明显高于喷射器加热器关闭时的λ值。

为了便于所附权利要求的说明和准确的定义，术语“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后部”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“向前”和“向后”用于通过参考附图中所示的示例性实施例的特征的位置来描述这些特征。

已经为了说明和描述的目的呈现了本发明的具体示例性实施例的前述描述。它们并不旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式，并且明显地，根据上述教导，许多变型和变化都是可能的。选择和描述示例性实施例以解释本发明的某些原理及其实际应用，使本领域技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施例，以及其各种替代物和变型。旨在通过所附权利要求及其等同物来限定本发明的范围。