专利名称：燃料直喷发动机的冷启动系统及其启动方法
技术领域：
本发明涉及的是一种发动机技术领域的装置及控制方法，具体是一种燃料直喷发 动机的冷启动系统及其启动方法。
背景技术：
在全球油价不断飞涨和环境污染加剧的背景下，为了减少对化石燃料的依赖从而 保证国家的能源安全，很多国家正在投入大量的人力物力开发待用燃料。其中，从成本和应 用的角度出发，灵活燃料在短期了提供了一套可解决的方案。所谓的灵活燃料，是指在汽油 中添加一定浓度的醇类燃料，添加到汽油中的醇类燃料通常是甲醇或乙醇。目前，随着国际 油价的日益攀升，醇类燃料的成本已远小于汽油的成本，且我国石油储备并不丰富，因而醇 类代用燃料的使用必将缓解我国日益紧张的供油局势，且醇类燃料由于含氧，燃烧较完全， 有害物质大大低于汽油燃料，适应国家长期的节能环保政策，因此醇类燃料在我国具有广 阔的推广前景。目前国外所使用的醇类燃料大多是都是在汽油中添加不同程度的乙醇，例 如在美国和巴西，在汽油中都添加不同浓度的乙醇，这些燃料中的乙醇的含量跨越很大的 范围(15%乙醇 85%乙醇不等)，相应的发动的燃料辨别系统也能够分辨出汽油中乙醇 的含量。在我国，由于各地资源不同，因而各地方政府工作的侧重点也不同，在部分农业发 达地区如东北、广西等，由于农作物以及相关衍生产物如秸秆等较丰富，因而其以推广乙醇 燃料为主，而在山西、陕西、安徽等地，由于煤炭资源丰富，因而甲醇产量大且成本低，因而 以推广甲醇为主，由此可见，未来我国的醇类燃料必将是甲醇及乙醇共存的局面。然而醇类 燃料在发动机冷启动的情况下相对传统汽油燃料具有难以蒸发雾化的问题，造成其冷启动 性能不良，影响其经济性和排放性。经对现有技术文献的检索发现，中国专利文献号CN101440750A，
公开日
2009-5-27，记载了一种“醇燃料汽车冷启动系统”，在节气门上设置喷油器喷射汽油，以此 方式来实现冷启动；中国专利文献号CN101382089A，公开号2009_3_11，记载了一种“灵活 燃料发动机控制系统及控制方法”，采用双模控制策略，在冷启动时发动机切换回汽油喷射 模式实现冷启动，在正常工况下则采用醇类燃料喷射。但是以上技术仅仅是针对进气道喷 射灵活燃料发动机的冷启动系统。并不能解决灵活燃料直喷发动机的冷启动问题。并且以 上技术都需要增加一套辅助燃油系统，增加了成本。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种燃料直喷发动机的冷启动系统及 其启动方法，通过燃料预加热，降低灵活燃料喷射背压并结合分段喷射的直喷控制策略，优 化了灵活燃料的雾化，极大的提高了在冷启动阶段发动机的燃烧特性，解决了灵活燃料的 冷启动困难的问题，并且不需要增加额外的辅助燃油系统，是一种行之有效的低成本解决方案。本发明是通过以下技术方案实现的
本发明涉及一种燃料直喷发动机的冷启动系统，包括电子控制单元、传感器、直 喷喷油器、加热块和大角度可变气门正时机构，其中加热块位于发动机的燃油管路上，大 角度可变气门正时机构固定设置于发动机的凸轮轴一端并与正时皮带相连接，传感器固定 设置于发动机的缸体上，直喷喷油器固定设置于发动机的燃烧室顶部，电子控制单元分别 与传感器的输出端、直喷喷油器的控制端、大角度可变气门正时机构的控制端以及加热块 的控制端相连接以接收模拟传感信息并分别输出数字电平控制指令。所述的电子控制单元包括单片机芯片及外围驱动电路，其中单片机芯片与外 围驱动电路相连接以接收数字传感信息并输出逻辑控制指令，外围驱动电路分别将来自传 感器的输出端的模拟传感信息转化为数字传感信息，将来自单片机芯片的逻辑控制指令转 化为数字电平控制指令并输出至直喷喷油器的控制端、大角度可变气门正时系统的控制端 及加热块的控制。所述的传感器采集发动机的工作参数并以模拟信号的形式输出至电子控制单元。所述的加热块为环形加热电阻丝结构，该加热快具体设置于燃油管外对燃油管进 行加热，所述电阻丝为螺旋式结构，其外覆盖环形铝块，该环形铝块内径与燃油管外径相匹 配，外径比内径大3cm。所述的大角度可变气门正时机构接收电子控制单元的控制信号，并把控制信号转 化为气门正时结构的角度变化。本发明是涉及上述燃料直喷发动机的冷启动系统的启动方法，包括以下步骤第一步、发动机电控单元接收各个传感器信号确定是否为冷启动工况，当为冷启 动工况，则发动机电控单元发出信号控制加热块加热燃油管路，对将要喷入燃烧室的燃油 进行预热第二步、利用可变气门正时系统控制进排气门正时，使进气门开启时间滞后，排气 门关闭时间提前。第三步、发动机电控单元接收传感器发送来的信号进行处理分析，控制直喷喷油 器在活塞下行后喷油。第四步、在活塞运行到下至点时，发动机电控单元再次控制直喷喷油器进行喷油。本发明通过在燃油管路上加装加热块系统，对将要进入喷油器进行喷射的燃油进 行预加热，提高进入缸内的燃料初始温度，同时利用可变进排气门正时系统控制进排气门 正时，使得进气门晚开，排气门早关，这样在进气行程上至点附近，进气门和排气门将同时 关闭，活塞继续下行时，缸内将形成一个近似真空的密闭空间，缸内压力极低，同时实施缸 内直喷多段喷射的策略，在气缸顶部安装喷油器实现燃料喷射，即在活塞刚开始下行缸内 处于近似真空时进行第一次喷射，由于燃料经过了预加热，并且喷射背压极低，燃料很容易 就在缸内蒸发雾化，形成了很好的喷雾。但由于此时活塞离气缸顶部很低，为了防止燃料喷 射到活塞顶部，只能喷射适量的燃料。在活塞继续下行到达下至点时，进行燃料的第二次喷 射，补偿第一次燃料喷射的不足。使得发动机满足负荷要求。通过这样的冷启动系统，发动 机燃烧系统得到了很好的优化，大大提高了发动机的经济性和排放性。由于采用了上述方案，本发明所具有的积极效果是1.该灵活燃料直喷发动机冷启动系统加装燃油预加热系统，提高了喷射进入气缸 的燃油温度，提升了灵活燃料的雾化特性。
2.本发明结合了先进的可变气门正时技术和发动机直喷技术，在不增加任何附加 系统的情况下，有效地降低了喷射背压，提升了燃料的雾化特性。3.本发明结合了灵活燃料多段喷射的策略，使空气和燃料混合更为均勻，形成了 更优质的混合气。
图1为本发明示意图。图2为实施例冷启动阶段第一次喷射示意图。图3为实施例冷启动阶段第二次喷射示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1所示，本实施例包括电子控制单元1、大角度可变气门正时机构2、直喷喷 油器3、加热块4和传感器5，其中加热块4位于发动机的燃油管路6上，大角度可变气门 正时机构2固定设置于发动机的凸轮轴一端并与正时皮带相连接，传感器5固定设置于发 动机的缸体上，直喷喷油器3固定设置于发动机的燃烧室顶部，电子控制单元1分别与传感 器5的输出端、直喷喷油器3的控制端、大角度可变气门正时机构2的控制端以及加热块4 的控制端相连接以接收模拟传感信息并分别输出数字电平控制指令。所述的电子控制单元1包括单片机芯片及外围驱动电路，其中单片机芯片与外 围驱动电路相连接以接收数字传感信息并输出逻辑控制指令，外围驱动电路分别将来自传 感器5的输出端的模拟传感信息转化为数字传感信息，将来自单片机芯片的逻辑控制指令 转化为数字电平控制指令并输出至直喷喷油器3的控制端、大角度可变气门正时机构2的 控制端及加热块4的控制端。所述的大角度可变气门正时机构2接收电子控制单元1的控制信号，并把控制信 号转化为气门正时结构的角度变化。所述的加热块4为环形加热电阻丝结构，该加热快具体设置于燃油管外对燃油管 进行加热，所述电阻丝为螺旋式结构，其外覆盖环形铝块，该环形铝块内径与燃油管外径相 匹配，外径比内径大3cm。所述的传感器5采集发动机的工作参数并以模拟信号的形式输出至电子控制单 元1。本装置通过以下步骤实现启动方法第一步、发动机电控单元接收各个传感器5发出的信号确定是否为冷启动工况， 当为冷启动工况，则发动机电控单元发出信号控制加热块4加热燃油管路，对将要喷入燃 烧室的燃油进行预热第二步、利用可变气门正时系统控制进排气门正时，使进气门开启时间滞后，排气 门关闭时间提前。第三步、发动机电控单元接收各个传感器5发送来的信号进行处理分析，控制直喷喷油器3在活塞刚下行不久的适当时候喷油。第四步、在活塞运行到下至点时，发动机电控单元再次控制直喷喷油器3进行喷 油。如图2，通过可变进排气门机构3控制进排气门正时，产生负的气门重叠角，即存 在一小段内进排气门同时关闭，缸内进行一小段近似真空下行的过程，在气缸内产生负压， 此时电子控制单元1发出控制信号给直喷喷油器3进行燃油的第一次喷射，由于缸内压力 很低即喷射背压很低并且进行燃油的预加热，使得燃料较正常情况下更容易蒸发，在这段 时间内进行第一次喷射的燃油雾化情况良好，在缸内形成了很好的喷雾。由于喷射时间较 早，活塞离上止点很近，控制这段时间内喷射的燃油量，避免喷射过量的燃油，使得燃油不 至于喷射到活塞顶部上。如图3，在进气行程接近下止点时电子控制单元1发出控制信号给直喷喷油器3进 行燃油的第二次喷射，用以补偿第一次燃油喷射量的不足，使这两次喷射的燃油总量满足 负荷要求。由于可变气门正时机构3已成为直喷发动机的标准配置，该技术仅需增加加热块 2，成本低。由于同时利用了预加热燃料和降低喷射背压的技术，发动机燃烧系统优化效果 明显。使得发动机在经济型和排放性方面得到了大大的提升。
权利要求
1.一种燃料直喷发动机的冷启动系统，包括电子控制单元、传感器、直喷喷油器、加 热块和大角度可变气门正时机构，其特征在于加热块位于发动机的燃油管路上，大角度可 变气门正时机构固定设置于发动机的凸轮轴一端并与正时皮带相连接，传感器固定设置于 发动机的缸体上，直喷喷油器固定设置于发动机的燃烧室顶部，电子控制单元分别与传感 器的输出端、直喷喷油器的控制端、大角度可变气门正时机构的控制端以及加热块的控制 端相连接以接收模拟传感信息并分别输出数字电平控制指令。
2.根据权利要求1所述的燃料直喷发动机的冷启动系统，其特征是，所述的电子控制 单元包括单片机芯片及外围驱动电路，其中单片机芯片与外围驱动电路相连接以接收 数字传感信息并输出逻辑控制指令，外围驱动电路分别将来自传感器的输出端的模拟传感 信息转化为数字传感信息，将来自单片机芯片的逻辑控制指令转化为数字电平控制指令并 输出至直喷喷油器的控制端、大角度可变气门正时系统的控制端及加热块的控制。
3.根据权利要求1所述的燃料直喷发动机的冷启动系统，其特征是，所述的传感器采 集发动机的工作参数并以模拟信号的形式输出至电子控制单元。
4.根据权利要求1所述的燃料直喷发动机的冷启动系统，其特征是，所述的加热块为 环形加热电阻丝结构，该加热快具体设置于燃油管外对燃油管进行加热。
5.根据权利要求4所述的燃料直喷发动机的冷启动系统，其特征是，所述电阻丝为螺 旋式结构，其外覆盖环形铝块。
6.根据权利要求5所述的燃料直喷发动机的冷启动系统，其特征是，所述的环形铝块 内径与燃油管外径相匹配，外径比内径大3cm。
7.根据权利要求1所述的燃料直喷发动机的冷启动系统，其特征是，所述的大角度可 变气门正时机构接收电子控制单元的控制信号，并把控制信号转化为气门正时结构的角度 变化。
8.一种根据上述任一权利要求所述的燃料直喷发动机的冷启动系统的启动方法，其特 征在于，包括以下步骤第一步、发动机电控单元接收各个传感器信号确定是否为冷启动工况，当为冷启动工 况，则发动机电控单元发出信号控制加热块加热燃油管路，对将要喷入燃烧室的燃油进行 预热；第二步、利用可变气门正时系统控制进排气门正时，使进气门开启时间滞后，排气门关 闭时间提前；第三步、发动机电控单元接收传感器发送来的信号进行处理分析，控制直喷喷油器在 活塞下行后喷油；第四步、在活塞运行到下至点时，发动机电控单元再次控制直喷喷油器进行喷油。
全文摘要
一种发动机技术领域的燃料直喷发动机的冷启动系统及其启动方法，包括电子控制单元、传感器、直喷喷油器、加热块和大角度可变气门正时机构，其中加热块位于发动机的燃油管路上，大角度可变气门正时机构固定设置于发动机的凸轮轴一端并与正时皮带相连接，传感器固定设置于发动机的缸体上，直喷喷油器固定设置于发动机的燃烧室顶部，电子控制单元分别与传感器的输出端、直喷喷油器的控制端、大角度可变气门正时机构的控制端以及加热块的控制端相连接以接收模拟传感信息并分别输出数字电平控制指令。本发明结合可变气门正时机构并利用预加热燃料和降低喷射背压技术，使得发动机在经济型和排放性方面得到了大大的提升。
文档编号F02M31/125GK102094734SQ201010605628
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者华寅, 张玉银, 张高明, 曾纬, 许敏 申请人:上海交通大学