混合動(dòng)力汽車(chē)汽油機(jī)起動(dòng)工況瞬態(tài)燃燒和排放特性研究.pdf

1、怠速停機(jī)是混合動(dòng)力汽車(chē)一個(gè)重要的節(jié)油方式，因此混合動(dòng)力汽車(chē)在運(yùn)行中會(huì)頻繁起動(dòng)/停機(jī)。由于進(jìn)氣道噴射式汽油機(jī)起動(dòng)過(guò)程固有的瞬態(tài)特征，汽油機(jī)起動(dòng)時(shí)燃燒和排放惡化。對(duì)于混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)過(guò)程是先快速拖動(dòng)到怠速轉(zhuǎn)速或高于怠速轉(zhuǎn)速然后點(diǎn)火起動(dòng)，因此起動(dòng)過(guò)程瞬態(tài)特性更加突出，從而不利于燃燒排放控制，頻繁起/停對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)排放控制提出了新的研究課題。本文結(jié)合混合動(dòng)力汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，根據(jù)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試需求設(shè)計(jì)搭建了模擬起動(dòng)發(fā)電一體化電

2、機(jī)(ISG)混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)瞬態(tài)測(cè)試平臺(tái)。設(shè)計(jì)了高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了基于循環(huán)控制的發(fā)動(dòng)機(jī)并行控制系統(tǒng)，在不影響原機(jī)ECU正常工作的前提下對(duì)噴油和點(diǎn)火進(jìn)行并行控制。在所搭建的系統(tǒng)平臺(tái)上對(duì)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況瞬態(tài)燃燒和排放特性以及催化器動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了研究。
　　 基于循環(huán)的瞬態(tài)燃燒測(cè)試手段和Cambustion瞬態(tài)排放儀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在提高拖動(dòng)轉(zhuǎn)速條件下起動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)燃燒排放特性進(jìn)行了研究，并結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略進(jìn)行了分析。結(jié)

3、果發(fā)現(xiàn)提高拖動(dòng)轉(zhuǎn)速造成起動(dòng)過(guò)程進(jìn)氣壓力變化率升高，使得精確控制缸內(nèi)混合氣濃度更加困難，導(dǎo)致燃燒和排放惡化。由于原始標(biāo)定參數(shù)不匹配，在室溫冷起動(dòng)時(shí)，提高拖動(dòng)轉(zhuǎn)速導(dǎo)致第一循環(huán)失火，而熱機(jī)起動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致第3～8循環(huán)發(fā)生不同程度的部分燃燒甚至失火，使碳?xì)渑欧艕夯?。碳?xì)渑欧艕夯某潭入S拖動(dòng)轉(zhuǎn)速升高而增加。起動(dòng)過(guò)程中只有第1～2循環(huán)會(huì)產(chǎn)生較多的氮氧化物，整個(gè)起動(dòng)過(guò)程氮氧化物都較低，氮氧化物濃度隨拖動(dòng)轉(zhuǎn)速升高而降低。利用瞬態(tài)碳?xì)錅y(cè)試儀對(duì)停機(jī)時(shí)碳?xì)渑欧胚M(jìn)

4、行了研究，當(dāng)采用斷點(diǎn)火停機(jī)時(shí)，最后一次噴油不能點(diǎn)燃，導(dǎo)致產(chǎn)生較高碳?xì)渑欧?。?dāng)采用斷油停機(jī)時(shí)，碳?xì)渑欧抛疃嗫杀葦帱c(diǎn)火停機(jī)時(shí)減少50％左右。斷點(diǎn)火停機(jī)會(huì)在進(jìn)氣道壁面殘留較多的油膜，這些額外的油膜在發(fā)動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)時(shí)可能只對(duì)第一循環(huán)的燃燒造成較大影響。
　　 研究了不同邊界條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)首循環(huán)燃燒和排放的影響?；旌蟿?dòng)力模式起動(dòng)時(shí)，首循環(huán)進(jìn)氣量比傳統(tǒng)模式減少10％左右。混合動(dòng)力起動(dòng)模式下首循環(huán)缸內(nèi)混合氣濃度在冷起動(dòng)時(shí)比傳統(tǒng)模式稀，在熱起

5、動(dòng)時(shí)與傳統(tǒng)模式基本一致。在不同實(shí)驗(yàn)條件下，首循環(huán)燃燒的缸壓峰值、指示平均有效壓力、累積放熱量、碳?xì)渑欧藕偷趸锱欧哦茧S著過(guò)量空氣系數(shù)的改變而呈“窗口區(qū)域”變化規(guī)律。拖動(dòng)轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、進(jìn)氣道油膜殘留和點(diǎn)火時(shí)刻等燃燒邊界條件都對(duì)“窗口區(qū)域”造成影響。提高拖動(dòng)轉(zhuǎn)速后首循環(huán)燃燒的混合氣稀限往濃區(qū)偏移，當(dāng)水溫分別為25℃、60℃、85℃時(shí)，對(duì)本文采用的發(fā)動(dòng)機(jī)在混合動(dòng)力起動(dòng)模式下首循環(huán)燃燒稀限比傳統(tǒng)模式分別要濃1.49倍、1.31倍和1.05

6、倍。當(dāng)混合氣濃度適宜時(shí)，推遲點(diǎn)火時(shí)刻雖然導(dǎo)致放熱時(shí)刻推遲、放熱速度減慢，但是對(duì)最終的累積放熱量影響不大。從獲得較高指示平均有效壓力角度來(lái)看，傳統(tǒng)起動(dòng)模式下首循環(huán)燃燒的最優(yōu)點(diǎn)火時(shí)刻在上止點(diǎn)后5℃A左右，而混合動(dòng)力起動(dòng)模式下在上止點(diǎn)前5℃A左右。當(dāng)點(diǎn)火時(shí)刻在上止點(diǎn)前10℃A和上止點(diǎn)后10℃A之間變化時(shí)，首循環(huán)燃燒排放特性的“窗口區(qū)域”的邊界變化不大。但混合動(dòng)力模式下提前點(diǎn)火時(shí)刻具有一定的擴(kuò)展稀限邊界的潛力。
　　 對(duì)混合動(dòng)力起動(dòng)過(guò)程

7、缸內(nèi)混合氣形成特性進(jìn)行了分析，并采用基于循環(huán)的噴油控制策略對(duì)混合動(dòng)力起動(dòng)過(guò)程的碳?xì)渑欧胚M(jìn)行了優(yōu)化。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)的瞬態(tài)過(guò)程中，缸內(nèi)混合氣濃度波動(dòng)較小;而熱起動(dòng)時(shí)，第4～5循環(huán)缸內(nèi)混合氣過(guò)濃，然后隨循環(huán)數(shù)增加而逐漸變稀，到第10循環(huán)與冷起動(dòng)基本相當(dāng)。在原始參數(shù)標(biāo)定的基礎(chǔ)上對(duì)起動(dòng)初始的5個(gè)循環(huán)噴油量進(jìn)行了調(diào)整，發(fā)現(xiàn)需要適當(dāng)增加第一循環(huán)噴油量才能使首循環(huán)具有最高平均有效壓力;而第2～5循環(huán)需要適當(dāng)減少噴油量才能獲得最高平均有效壓力。由于進(jìn)氣道

8、黏附的影響，在第4～5循環(huán)，即使不噴油仍能獲得較高平均有效壓力和較低碳?xì)渑欧?。?duì)起動(dòng)過(guò)程前5個(gè)循環(huán)的噴油量進(jìn)行優(yōu)化后，使起動(dòng)過(guò)程的碳?xì)渑欧糯蠓陆怠?br>　　 結(jié)合混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)標(biāo)定工作，對(duì)催化器在起動(dòng)過(guò)程中動(dòng)態(tài)特性做了研究。通過(guò)修改拖動(dòng)期噴油量獲得不同的空燃比變化曲線，發(fā)現(xiàn)在冷起動(dòng)時(shí)原機(jī)標(biāo)定的拖動(dòng)噴油量可以獲得最低的碳?xì)渑欧?，熱機(jī)起動(dòng)時(shí)在拖轉(zhuǎn)噴油量為60％于原脊標(biāo)定時(shí)可以獲得最低的碳?xì)渑欧?。發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后催化器入口溫度在