缸內(nèi)直噴汽油機(jī)直接起動(dòng)過(guò)程燃燒與排放控制研究.pdf

1、隨著汽車保有量的增長(zhǎng)，大中型城市堵車的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，由此帶來(lái)的怠速排放增長(zhǎng)量不可忽視。另一方面，能源危機(jī)使得發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的要求日益嚴(yán)格，迫使科研工作者對(duì)怠速油耗做出相應(yīng)的改善。怠速停機(jī)直接起動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)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(jī)則能利用其特有的噴油特性，通過(guò)停機(jī)時(shí)處于壓縮沖程的氣缸中噴油點(diǎn)火，推動(dòng)活塞使發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)火推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)直接起動(dòng)過(guò)程。缸內(nèi)直噴汽油機(jī)直接起動(dòng)技術(shù)已得到國(guó)外的認(rèn)可，目前已有采用類似技術(shù)的成品發(fā)動(dòng)機(jī)投放市場(chǎng)。由于不用在發(fā)動(dòng)機(jī)上另外加裝設(shè)備，該技術(shù)應(yīng)用前景較好。
　　本文對(duì)缸內(nèi)直噴汽油機(jī)直接起動(dòng)過(guò)程中起動(dòng)首缸噴油后缸內(nèi)混合氣的濃度分布規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)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(guò)直接起動(dòng)過(guò)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(dòng)首循環(huán)各缸的控制策略。
　

3、　本文首先設(shè)計(jì)搭建了模擬噴射試驗(yàn)臺(tái)架，通過(guò)采用氫火焰離子化檢測(cè)技術(shù)的快速碳?xì)錅y(cè)量?jī)x對(duì)模擬缸內(nèi)噴油后混合氣的濃度分布進(jìn)行測(cè)量，得到了噴油后混合氣濃度分布隨時(shí)間變化的規(guī)律。測(cè)量結(jié)果表明，直接起動(dòng)首缸噴油后缸內(nèi)混合氣濃度分布不均，噴油器遠(yuǎn)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(yīng)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(diǎn)火，加濃比例超過(guò)1.4。通過(guò)溫度對(duì)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(shì)減緩。在直接起動(dòng)的冷卻水溫度范圍內(nèi)，提高溫度對(duì)混合氣的形成有促進(jìn)作用，同時(shí)能增大火花塞附近混合氣的濃度。通過(guò)研究不同燃料在直接起動(dòng)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(dòng)技術(shù)。通過(guò)對(duì)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(guò)多的噴射段數(shù)不利于整個(gè)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(shè)計(jì)并搭建了2.0L缸內(nèi)直噴汽油機(jī)直接起動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)架用于研究直接起動(dòng)過(guò)程中各缸的燃燒和排放特性，并采用獨(dú)立設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。對(duì)點(diǎn)火策略的研究表明，點(diǎn)火正時(shí)選擇在缸內(nèi)混合氣濃度分布較為均勻后，該時(shí)刻約為噴油后50ms。通過(guò)噴油量對(duì)起動(dòng)過(guò)程中燃燒和排放特性的研究表明，在保證點(diǎn)火可靠性的前提下，不能采用過(guò)大的加濃噴油比例，較好的火花塞附近混合氣當(dāng)量比為0.7-0.8。由于加濃噴油比例較大，過(guò)小的起動(dòng)首缸容積降低混合氣燃燒性能增加碳?xì)?/p>

6、排放；過(guò)大的容積使得混合氣燃燒后做功能力不足，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)能力。較好的起動(dòng)位置為壓縮上止點(diǎn)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(shí)增加大量碳?xì)渑欧?，故停機(jī)時(shí)應(yīng)保持較高的冷卻水溫度。
　　研究了多段噴射以及補(bǔ)充噴射的噴油控制策略對(duì)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(shí)際當(dāng)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?xì)渑欧?/p>

7、，但隨著噴油量的增長(zhǎng)，其對(duì)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(bǔ)充噴射增加點(diǎn)火前氣缸上部的混合氣濃度，提高點(diǎn)火可靠性，提升燃燒速度。研究結(jié)果表明，補(bǔ)充噴射也能增大燃燒產(chǎn)生的能量，降低碳?xì)渑欧?。同樣隨著噴油量的增長(zhǎng)，其對(duì)排放的改善效果減弱。補(bǔ)充噴射的提前時(shí)間應(yīng)小于5ms。通過(guò)兩種噴射策略的對(duì)比研究表明，在較小的噴油量下，補(bǔ)充噴射能夠獲得比多段噴射更好的燃燒和碳?xì)渑欧判阅芴嵘S著噴油量的增大，多段噴射對(duì)燃燒和排放的改善逐漸

8、好于補(bǔ)充噴射。直接起動(dòng)首缸可以采用補(bǔ)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(dòng)性能。
　　研究了直接起動(dòng)首循環(huán)后續(xù)三缸的控制策略。起動(dòng)第二缸噴油需進(jìn)行加濃，但加濃比例小于起動(dòng)首缸；噴油正時(shí)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(diǎn)火正時(shí)應(yīng)略早于活塞運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)，提高燃燒能量的利用率，降低對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)的阻礙作用。對(duì)于直接起動(dòng)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(shí)保證點(diǎn)火的