一种轻型柴油车满足预热等待后起动控制方法

摘 要：为改善搭载直接发送起动请求的被动进入与被动启动（Passive Entry Passive Start， PEPS）系统的柴油车的冷起动性能，以某款2.5L轻型柴油汽车为研究对象，通过对比直接起动和满足预热等待后起动两种起动方法，选取不同试验地点进行冷起动验证。结果表明，车辆在高原和低温环境下直接起动方法未能成功起动，而满足预热等待后起动方法能正常起动；车辆在平原常温环境下满足预热等待后起动方法比直接起动方法起动时间更短。

关键词：轻型柴油车 低温 PEPS 预热等待 起动控制

0 引言

柴油机因良好的经济性、较高的热效率、低速大扭矩等优点而广泛应用于轻型皮卡当中。众所周知，柴油车在低温环境下起动性能差，这主要因素既有进气温度低、起动转速低、蓄电池性能下降等外界条件，又有起动没有预热导致燃油雾化不良、起动转速低、喷油量循环变动等自身条件[1]。环境因素和控制参数对柴油机启动过程的影响程度高于发动机的设计参数[2]，且相比于采用进气加热或增压大压缩比和节气门开度，采用预热塞预热能明显提高柴油机冷起动性能[3]。为此，将预热塞的工作模式细分前预热、暂停预热、强化预热、起动预热等多个状态以保证柴油机能够满足启动[4]。

随着国内皮卡市场的发展，提升用户体验的相关电子配置也越来越多，其中被动进入与被动启动（Passive Entry Passive Start， PEPS）系统因提升了用户在车辆进入及车辆启动的操纵便利性也成了了许多车型的标配。目前车型搭载的PEPS系统主要有五种起动方式，分别主动预热、智能判断预热状态、直接起动请求、组合预热和智能判断和紧急起动。针对第三种起动方式，研究开发满足预热等待后起动控制方法，使ECU根据当前的发动机状态和车辆设置来决定是否允许起动，对于提高柴油车冷机起动性能具有重要意义。

1 试验车辆介绍

1.1 试验车辆

用于试验的柴油车配备一台排量2.5升，额定功率110kW的柴油发动机。后处理系统包括柴油氧化催化剂（DOC）、选择性催化还原（SCR）和SCR催化剂包覆的柴油颗粒过滤器（SDPF）。更换车辆规格的详细信息见表1所示。

1.2 控制方法介绍

柴油车的冷机起动过程示意由图1所示。由图1可看出，柴油机在冷机起动过程中预热塞工作状态有发动机停机激活状态（256）、识别水温信号状态（0）、前预热状态（16）、强化预热状态（48）、暂停预热（80）、开始预热状态（112）和后预热状态（176）。预热塞温度能够在通电时间的2秒以内达到1000-1200℃。

由于PEPS系统为直接起动请求的起动方式是预热塞不经过前预热状态而直接起动，因此本文通过修改软件逻辑并且进行合理化标定，使得搭载此PEPS系统车辆在满足预热等待后才进行起动。具体控制逻辑介绍如图2所示。实际控制策略实现过程是：首先将待机状态到启动预热状态的时间与前预热时间标定成一致，使得只有当剩余前预热时间为零时前预热状态则结束；其次将最大等待时间标定得比待机状态到启动预热状态的时间略大些；最后再设置一个合适的起动机接合时的发动机转速阈值。通过以上三步可确保发动机在低温情况下只有完成前预热状态后起动机才能正常被激活。

1.3 试验方案

试验目的是对比直接起动和满足预热等待后起动两种起动方法的起动表现，因此本次试验方案见表2。其中，尽量将对比的数据的外部边界参数控制较为一致，即环境压力、水温等边界控制在相同的范围内。

2 试验结果及分析

形成合适的可燃混合气是保证缸内燃烧的先决条件，混合气过过浓或过稀均不能燃烧。柴油机在冷起动过程中存在燃油喷到缸套，影响混合气的形成，从而导致发动机未能成功着火。前文也提到预热塞温度能够在通电时间的2秒以内达到1000-1200℃，便于加热后续喷入缸内的油束，为稳定着火和燃烧提供了有利的环境。为便于后续数据分析，将PEPS直接起动定义为测试1，将待预热时间结束后PEPS再起动定义为测试2。因此接下来将介绍平原常温、高原常温和平原低温三种环境下测试1和测试2的数据对比。

2.1 平原常温数据对比

车辆在平原常温情况（气压1027hPa， 冷却水温度13℃）下测试1和测试2的冷机起动数据对比如图3所示。由图3可知，测试1是在点火信号触发的同时发动机开始运转，测试2是在点火信号触发一定的预热等待时间后发动机开始运转。测试1的起动时间是1.18s，与之相比的是测试2的起动时间0.48s。这是因为测试2的预热塞的前预热过程使燃油开始汽化的时间提前，扩散燃烧速度加快，着火延迟期缩短，从而使柴油机能更迅速地起动并稳定运行。

2.2 高原常温数据对比

车辆在高原常温情况（气压571hPa， 冷却水温度36℃）下测试1和测试2的冷机起动数据对比如图4所示。由图4可看出，测试1的发动机转速最高达到467rpm但却未能成功起动，与之对比的测试2起动顺利且起动时间仅有1.17s。这是因为高原的海拔高，气压低，导致空气密度小，在柴油机吸入相同体积的空气量时，柴油机得到的氧气含量减少，燃烧效率下降，再加上缺少了起动过程的预热使得喷入缸内的燃油无法及时有效地汽化，从而导致柴油机在不完全燃烧中震荡而得不到蓄力，最终导致柴油机起动失败。测试2的预热塞可以加热进入发动机的空气，提高空气温度，降低柴油的自燃温度，从而有助于柴油在压缩过程中更容易压燃，提高燃烧效率，从而使柴油机能够顺利起动。

2.3 平原低温数据对比

车辆在平原低温情况（气压1052hPa， 冷却水温度-17℃）下测试1和测试2的冷机起动数据对比如图5所示。由图5可看出，测试1的发动机转速最高达到142rpm且未能成功起动，与之对比的测试2起动顺利且起动时间仅有1.31s。这是因为柴油机本身是通过压缩空气产生热量来点燃柴油的，在寒冷环境下，由于空气温度低，柴油的自燃温度提高，使得点火困难，因此在缺少预热塞预热情况下喷入柴油机的柴油没有被压燃从而转速仅有142rpm，最终则是柴油机起动失败。相比之下，测试2由于预热塞的预热工作可以使缸内快速形成雾化良好的混合气，使得柴油机顺利起动。

3 结论

新的起动控制方法能实现直接发送起动请求的PEPS系统在起动车辆前完成预热等待；车辆在高原和低温环境下直接起动方法未能成功起动，而满足预热等待后起动方法能正常起动；车辆在平原常温环境下满足预热等待后起动方法比直接起动方法起动时间更短。

参考文献：

[1]郭亮.车用柴油机起动工况燃烧过程的研究[D].长春：吉林大学，2006.

[2]朱海荣，张凯伦，刘晓阳，等.柴油机低温启动过程关键影响参数研究[J].河北科技大学学报，2024，45（3）：243-251.

[3]吕恩雨，余磊，朱波，等.低温环境下柴油机冷起动性能试验研究[J].内燃机与动力装置，2024，41（1）：23-28.

[4]奇瑞汽车股份有限公司.一种带有预热塞的柴油发动机低温冷起动的控制方法：CN200810218479.0[P].2009-03-18.