摘 要：為改善搭載直接發(fā)送起動請求的被動進(jìn)入與被動啟動（Passive Entry Passive Start， PEPS）系統(tǒng)的柴油車的冷起動性能，以某款2.5L輕型柴油汽車為研究對象，通過對比直接起動和滿足預(yù)熱等待后起動兩種起動方法，選取不同試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行冷起動驗(yàn)證。結(jié)果表明，車輛在高原和低溫環(huán)境下直接起動方法未能成功起動，而滿足預(yù)熱等待后起動方法能正常起動；車輛在平原常溫環(huán)境下滿足預(yù)熱等待后起動方法比直接起動方法起動時間更短。

關(guān)鍵詞：輕型柴油車 低溫 PEPS 預(yù)熱等待 起動控制

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，柴油車在低溫環(huán)境下起動性能差，這主要因素既有進(jìn)氣溫度低、起動轉(zhuǎn)速低、蓄電池性能下降等外界條件，又有起動沒有預(yù)熱導(dǎo)致燃油霧化不良、起動轉(zhuǎn)速低、噴油量循環(huán)變動等自身條件[1]。環(huán)境因素和控制參數(shù)對柴油機(jī)啟動過程的影響程度高于發(fā)動機(jī)的設(shè)計參數(shù)[2]，且相比于采用進(jìn)氣加熱或增壓大壓縮比和節(jié)氣門開度，采用預(yù)熱塞預(yù)熱能明顯提高柴油機(jī)冷起動性能[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、起動預(yù)熱等多個狀態(tài)以保證柴油機(jī)能夠滿足啟動[4]。

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

1 試驗(yàn)車輛介紹

1.1 試驗(yàn)車輛

用于試驗(yàn)的柴油車配備一臺排量2.5升，額定功率110kW的柴油發(fā)動機(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濾器（SDPF）。更換車輛規(guī)格的詳細(xì)信息見表1所示。

1.2 控制方法介紹

柴油車的冷機(jī)起動過程示意由圖1所示。由圖1可看出，柴油機(jī)在冷機(jī)起動過程中預(yù)熱塞工作狀態(tài)有發(fā)動機(jī)停機(jī)激活狀態(tài)（256）、識別水溫信號狀態(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間的2秒以內(nèi)達(dá)到1000-1200℃。

由于PEPS系統(tǒng)為直接起動請求的起動方式是預(yù)熱塞不經(jīng)過前預(yù)熱狀態(tài)而直接起動，因此本文通過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)車輛在滿足預(yù)熱等待后才進(jìn)行起動。具體控制邏輯介紹如圖2所示。實(shí)際控制策略實(shí)現(xiàn)過程是：首先將待機(jī)狀態(tài)到啟動預(yù)熱狀態(tài)的時間與前預(yù)熱時間標(biāo)定成一致，使得只有當(dāng)剩余前預(yù)熱時間為零時前預(yù)熱狀態(tài)則結(jié)束；其次將最大等待時間標(biāo)定得比待機(jī)狀態(tài)到啟動預(yù)熱狀態(tài)的時間略大些；最后再設(shè)置一個合適的起動機(jī)接合時的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速閾值。通過以上三步可確保發(fā)動機(jī)在低溫情況下只有完成前預(yù)熱狀態(tài)后起動機(jī)才能正常被激活。

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)?zāi)康氖菍Ρ戎苯悠饎雍蜐M足預(yù)熱等待后起動兩種起動方法的起動表現(xiàn)，因此本次試驗(yàn)方案見表2。其中，盡量將對比的數(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，混合氣過過濃或過稀均不能燃燒。柴油機(jī)在冷起動過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直接起動定義為測試1，將待預(yù)熱時間結(jié)束后PEPS再起動定義為測試2。因此接下來將介紹平原常溫、高原常溫和平原低溫三種環(huán)境下測試1和測試2的數(shù)據(jù)對比。

2.1 平原常溫數(shù)據(jù)對比

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

2.2 高原常溫數(shù)據(jù)對比

車輛在高原常溫情況（氣壓571hPa， 冷卻水溫度36℃）下測試1和測試2的冷機(jī)起動數(shù)據(jù)對比如圖4所示。由圖4可看出，測試1的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速最高達(dá)到467rpm但卻未能成功起動，與之對比的測試2起動順利且起動時間僅有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，柴油機(jī)得到的氧氣含量減少，燃燒效率下降，再加上缺少了起動過程的預(yù)熱使得噴入缸內(nèi)的燃油無法及時有效地汽化，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)起動失敗。測試2的預(yù)熱塞可以加熱進(jìn)入發(fā)動機(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。

2.3 平原低溫數(shù)據(jù)對比

車輛在平原低溫情況（氣壓1052hPa， 冷卻水溫度-17℃）下測試1和測試2的冷機(jī)起動數(shù)據(jù)對比如圖5所示。由圖5可看出，測試1的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速最高達(dá)到142rpm且未能成功起動，與之對比的測試2起動順利且起動時間僅有1.31s。這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)本身是通過壓縮空氣產(chǎn)生熱量來點(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)的柴油沒有被壓燃從而轉(zhuǎn)速僅有142rpm，最終則是柴油機(jī)起動失敗。相比之下，測試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。

3 結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)：

[1]郭亮.車用柴油機(jī)起動工況燃燒過程的研究[D].長春：吉林大學(xué)，2006.

[2]朱海榮，張凱倫，劉曉陽，等.柴油機(jī)低溫啟動過程關(guān)鍵影響參數(shù)研究[J].河北科技大學(xué)學(xué)報，2024，45（3）：243-251.

[3]呂恩雨，余磊，朱波，等.低溫環(huán)境下柴油機(jī)冷起動性能試驗(yàn)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2024，41（1）：23-28.

[4]奇瑞汽車股份有限公司.一種帶有預(yù)熱塞的柴油發(fā)動機(jī)低溫冷起動的控制方法：CN200810218479.0[P].2009-03-18.