缸內(nèi)直噴汽油機直接起動過程燃燒與排放控制研究.pdf

1、隨著汽車保有量的增長，大中型城市堵車的現(xiàn)象日益嚴重，由此帶來的怠速排放增長量不可忽視。另一方面，能源危機使得發(fā)動機經(jīng)濟性的要求日益嚴格，迫使科研工作者對怠速油耗做出相應的改善。怠速停機直接起動技術(shù)作為一種行之有效的方式，取消了車輛在紅燈停車以及堵車情況下的怠速運轉(zhuǎn)過程，減少怠速排放的產(chǎn)生并改善了油耗。采用缸內(nèi)直噴的汽油機則能利用其特有的噴油特性，通過停機時處于壓縮沖程的氣缸中噴油點火，推動活塞使發(fā)動機反轉(zhuǎn)壓縮處于膨脹缸內(nèi)的氣體，此后向被

2、壓縮的膨脹缸內(nèi)噴油點火推動發(fā)動機正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)直接起動過程。缸內(nèi)直噴汽油機直接起動技術(shù)已得到國外的認可，目前已有采用類似技術(shù)的成品發(fā)動機投放市場。由于不用在發(fā)動機上另外加裝設備，該技術(shù)應用前景較好。
　　本文對缸內(nèi)直噴汽油機直接起動過程中起動首缸噴油后缸內(nèi)混合氣的濃度分布規(guī)律進行了詳細的研究，分析了不同控制策略下缸內(nèi)燃油的蒸發(fā)情況。通過直接起動過程中燃燒與排放的分析，確定了優(yōu)化的控制參數(shù)，并得到直接起動首循環(huán)各缸的控制策略。
　

3、　本文首先設計搭建了模擬噴射試驗臺架，通過采用氫火焰離子化檢測技術(shù)的快速碳氫測量儀對模擬缸內(nèi)噴油后混合氣的濃度分布進行測量，得到了噴油后混合氣濃度分布隨時間變化的規(guī)律。測量結(jié)果表明，直接起動首缸噴油后缸內(nèi)混合氣濃度分布不均，噴油器遠端壁面以及活塞頂部混合氣較濃，而在噴油器下端壁面以及火花塞附近的混合氣濃度較低。另外，大量燃油附壁難以形成混合氣，故應采取加濃噴油的方式保證火花塞附近混合氣的濃度利于點火，加濃比例超過1.4。通過溫度對混合氣

4、濃度分布影響的研究表明，隨溫度的升高，燃油的蒸發(fā)比例增大，但趨勢減緩。在直接起動的冷卻水溫度范圍內(nèi)，提高溫度對混合氣的形成有促進作用，同時能增大火花塞附近混合氣的濃度。通過研究不同燃料在直接起動首缸中的蒸發(fā)附壁情況表明，醇類汽油不利于采用直接起動技術(shù)。通過對多段噴射下缸內(nèi)混合氣濃度分布變化規(guī)律的研究表明，多段噴射能夠改善缸內(nèi)混合氣的濃度分布，但過多的噴射段數(shù)不利于整個缸內(nèi)新鮮空氣的充分利用?；旌蠚鉂舛确植驾^好的噴射段數(shù)為3-4段。

5、>　　設計并搭建了2.0L缸內(nèi)直噴汽油機直接起動試驗臺架用于研究直接起動過程中各缸的燃燒和排放特性，并采用獨立設計的控制系統(tǒng)進行控制。對點火策略的研究表明，點火正時選擇在缸內(nèi)混合氣濃度分布較為均勻后，該時刻約為噴油后50ms。通過噴油量對起動過程中燃燒和排放特性的研究表明，在保證點火可靠性的前提下，不能采用過大的加濃噴油比例，較好的火花塞附近混合氣當量比為0.7-0.8。由于加濃噴油比例較大，過小的起動首缸容積降低混合氣燃燒性能增加碳氫

6、排放；過大的容積使得混合氣燃燒后做功能力不足，影響發(fā)動機的運動能力。較好的起動位置為壓縮上止點前70-80o曲軸轉(zhuǎn)角。冷卻水溫度能增加氣缸內(nèi)的空氣質(zhì)量，提高燃燒產(chǎn)生的總能量，但提升幅度有限，同時增加大量碳氫排放，故停機時應保持較高的冷卻水溫度。
　　研究了多段噴射以及補充噴射的噴油控制策略對燃燒和排放的影響規(guī)律。多段噴射能改善了混合氣濃度分布，故形成相同實際當量比混合氣的情況下，多段噴射燃燒能產(chǎn)生更大的能量。多段噴射能降低碳氫排放

7、，但隨著噴油量的增長，其對排放的改善效果降低。最優(yōu)的多段噴射策略為3段噴射。補充噴射增加點火前氣缸上部的混合氣濃度，提高點火可靠性，提升燃燒速度。研究結(jié)果表明，補充噴射也能增大燃燒產(chǎn)生的能量，降低碳氫排放。同樣隨著噴油量的增長，其對排放的改善效果減弱。補充噴射的提前時間應小于5ms。通過兩種噴射策略的對比研究表明，在較小的噴油量下，補充噴射能夠獲得比多段噴射更好的燃燒和碳氫排放性能提升，但隨著噴油量的增大，多段噴射對燃燒和排放的改善逐漸

8、好于補充噴射。直接起動首缸可以采用補充噴射的噴油策略改善燃燒和排放特性，也可將兩種噴油策略結(jié)合提高直接起動性能。
　　研究了直接起動首循環(huán)后續(xù)三缸的控制策略。起動第二缸噴油需進行加濃，但加濃比例小于起動首缸；噴油正時盡量提前，改善燃油的蒸發(fā)情況，提高與缸內(nèi)空氣的混合程度；點火正時應略早于活塞運動的最高點，提高燃燒能量的利用率，降低對活塞運動的阻礙作用。對于直接起動的第三缸和第四缸，略微加濃的噴油量可提高燃燒后的轉(zhuǎn)速，同時保證點火的