電噴汽油機(jī)冷起動控制過程影響因素探討

沈南瑾

摘 要：汽油機(jī)冷起動時要求起動順利，并且污染小，油耗低，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。這對發(fā)動機(jī)電子控制提出了更高的要求，針對影響電噴發(fā)動機(jī)冷起動性能的因素進(jìn)行分析，影響因素包括進(jìn)氣量、噴油時刻與時間、混合氣的形成、點(diǎn)火正時、配氣相位等，各個因素之間又都有相互聯(lián)系，在進(jìn)行性能優(yōu)化時必須充分考慮其他因素的影響，要通過深入的研究和試驗(yàn)，對汽油機(jī)冷起動時控制參數(shù)進(jìn)行合理匹配，實(shí)現(xiàn)電噴發(fā)動機(jī)在低污染、低油耗下保證低溫冷起動成功。

關(guān)鍵詞：汽油機(jī) 冷起動 HC排放

中圖分類號：TK411 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）7（c）-0032-02

發(fā)動機(jī)起動是否順利是發(fā)動機(jī)重要性能指標(biāo)之一。起動過程的控制一方面要順利起動，另一方面要控制排放污染物。發(fā)動機(jī)正常起動的三個要素為：強(qiáng)且正時準(zhǔn)確的高壓火花；合適的空燃比；足夠的氣缸壓力，這三方面均應(yīng)符合要求，缺一不可。發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的主要功能是協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)的各個子系統(tǒng)，穩(wěn)定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，同時實(shí)現(xiàn)對排放、油耗、功率的要求。影響冷起動性能的因素有以下幾個方面。

1 點(diǎn)火提前角的影響

在發(fā)動機(jī)做功過程中，最高燃燒壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后12°-15°時，做功能力最強(qiáng)，發(fā)動機(jī)輸出功率最大，從點(diǎn)火到最高燃燒壓力點(diǎn)，得有一定的過程，這就需要點(diǎn)火時刻在壓縮行程上止點(diǎn)之前某個時刻，即以曲軸轉(zhuǎn)角表示的點(diǎn)火提前角。點(diǎn)火提前角的大小對發(fā)動機(jī)性能的影響很大，點(diǎn)火提前角過小，則燃燒延長至膨脹過程，燃燒最高壓力和溫度下降，傳熱損失增多，排氣溫度升高，熱效率降低，功率降低；點(diǎn)火提前角過大，容易導(dǎo)致爆震，并且活塞還未到達(dá)上止點(diǎn)，氣缸內(nèi)可燃混合氣的燃燒壓力已很大，與活塞的運(yùn)動方向相反，作用在活塞頂部，產(chǎn)生較大的負(fù)功，使有效功率降低。起動過程中點(diǎn)火提前角的選取極為關(guān)鍵，點(diǎn)火提前角過大過小都會導(dǎo)致動力不足，不足以克服發(fā)動機(jī)阻力矩，使得發(fā)動機(jī)難以起動。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，以JL474QB發(fā)動機(jī)為例，初始點(diǎn)火提前角為7°和-3°時，在起動過程中轉(zhuǎn)速都出現(xiàn)跌至50 r/min以下的情況，最多上沖到500 r/min左右，發(fā)動機(jī)難以起動成功；初始點(diǎn)火提前角為3°時，能順利起動發(fā)動機(jī)[1]。因此，對于某一特定型號的發(fā)動機(jī)，確定起動時的最佳點(diǎn)火提前角，以后隨發(fā)動機(jī)各種參數(shù)的變化而變化。影響最佳點(diǎn)火提前角的因素較多，如轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、大氣壓力、溫度、燃料辛烷值、空燃比、殘余廢氣系數(shù)、廢氣再循環(huán)等。

2 混合氣濃度的影響

混合氣濃度不當(dāng)，發(fā)動機(jī)不但難以起動，還造成排放污染物增多。混合氣濃度過稀，缸內(nèi)燃燒會很不完全，容易熄火，只有部分燃料參與燃燒，因而產(chǎn)生大量的HC排放；混合氣過濃，缺少助燃的空氣，也會使得缸內(nèi)燃燒不完全，燃燒速度降低，導(dǎo)致HC排放明顯增加，同時CO增多。特別是首循環(huán)燃燒對于發(fā)動機(jī)冷起動整體排放相當(dāng)重要，如果首循環(huán)失火將產(chǎn)生大量的HC，并影響后續(xù)燃燒的穩(wěn)定性。首循環(huán)燃燒的缸壓較高，燃燒穩(wěn)定，HC的排放就低，而首循環(huán)混合氣濃度過濃或者過低時，瞬態(tài)HC排放會急劇增加。所以，發(fā)動機(jī)起動首循環(huán)的控制必須首先確保混合氣濃度，其次，防止缸內(nèi)產(chǎn)生失火[2]。

發(fā)動機(jī)首循環(huán)噴入的燃料，有大部分殘留在進(jìn)氣道內(nèi)，由于發(fā)動機(jī)溫度較低，最初幾個循環(huán)中汽油液體不能充分蒸發(fā)，有一部分液體流進(jìn)氣缸內(nèi)，凝結(jié)在氣缸壁上，濕壁現(xiàn)象嚴(yán)重；其次，冷起動時缸壁溫度較低，水蒸氣易發(fā)生凝結(jié)，火花塞吸附液態(tài)燃料或水的可能較大，失火發(fā)生的概率增加；再者，液體燃料只有部分蒸發(fā)，實(shí)際進(jìn)入氣缸的燃料不多，火焰?zhèn)鞑r容易熄火。燃油沉積在氣道壁面上，而進(jìn)氣道絕對壓力隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化相應(yīng)劇烈變化，但轉(zhuǎn)速的變化不可能與噴油量、燃料蒸發(fā)速度的變化恰到好處，難免會出現(xiàn)混合氣過濃或者過稀，這些都造成發(fā)動機(jī)起動困難和HC排放增多。為了保證冷起動可靠，最初幾個循環(huán)要提供非常濃的混合氣，但濃的混合氣導(dǎo)致HC排放大大增多，所以冷起動工況，在保證可靠點(diǎn)火的前提下，必須控制最初幾個循環(huán)的混合氣濃度，來降低HC的排放。影響混合氣濃度的因素有起動時的進(jìn)氣量、噴油時間和時刻等。

3 溫度的影響

大氣溫度、冷卻液溫度低，燃油的霧化質(zhì)量較差，需提供較大的循環(huán)供油量，使得混合氣加濃，冷卻液溫度越低，混合氣越濃；另外，缸壁的激冷效應(yīng)會造成火焰淬熄現(xiàn)象，部分混合氣未燃或者不完全燃燒，導(dǎo)致HC和CO的排放量較大。隨著冷卻液溫度和燃燒室壁面溫度的逐漸升高，激冷層厚度不斷減少，循環(huán)供油量也在逐漸減少，混合氣濃度不斷降低。電控發(fā)動機(jī)控制根據(jù)起動時冷卻液溫度確定基本循環(huán)供油量，與進(jìn)氣量合理匹配，形成合適的混合氣濃度，順利起動發(fā)動機(jī)。由于供油量較大，為了避免火花塞“淹死”，有的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)要求電磁噴油器在發(fā)動機(jī)每一轉(zhuǎn)中分多次進(jìn)行噴射。如寶馬735i發(fā)動機(jī)在冷起動時，與冷卻液溫度有關(guān)的噴油量以曲軸噴3次/圈的方式噴入，共噴5圈。在噴完5圈后，噴油量變小至一個與轉(zhuǎn)速有關(guān)的噴油量。另外，合適的噴射時刻，會降低燃油濕壁現(xiàn)象的影響。

4 燃料蒸發(fā)特性和霧化效果的影響

改善燃油的揮發(fā)性對降低冷起動過程HC排放有利，據(jù)報道，有研究者設(shè)計了部分氧化系統(tǒng)，將液體燃料轉(zhuǎn)化為氣態(tài)燃料，還有進(jìn)氣道空氣輔助噴射，如此在冷起動階段就可少提供一些燃油，降低HC排放。改善燃料的霧化效果，減少燃油粒徑，盡量減少燃油在進(jìn)氣道和燃燒室壁面的沉積，也有利于降低HC排放。國內(nèi)外許多研究者作了積極的探索，如使用渦旋型噴油器，并在噴油器內(nèi)部安裝加熱裝置。燃料蒸發(fā)和霧化變好，有利于形成合適的混合氣濃度，即便于起動，又降低HC的排放。

5 配氣相位的影響

配氣相位直接影響進(jìn)入氣缸的混合氣質(zhì)量及混合氣形成和燃燒特性。在起動階段，轉(zhuǎn)速低，進(jìn)入氣缸的空氣流速慢，因此對混合氣的擾流強(qiáng)度小，惡化了燃油混合的均勻性及蒸發(fā)和霧化質(zhì)量，在起動過程氣門重疊角期間，進(jìn)氣管和缸內(nèi)真空度很高有可能會使廢氣倒流，前一個循環(huán)殘余廢氣對工質(zhì)進(jìn)行稀釋，混合氣的質(zhì)量變差，影響火焰前鋒的發(fā)展，導(dǎo)致下一個循環(huán)燃燒惡化，不利于冷起動過程燃燒的穩(wěn)定性。不佳的氣門重疊角還會使未燃的混合氣由排氣門短路逃逸，造成HC排放量劇增，起動困難。因此，確定起動時的配氣相位至關(guān)重要。

通過分析研究，發(fā)動機(jī)冷起動時需要控制的內(nèi)容包括進(jìn)氣量、噴油時刻與時間、混合氣的形成、點(diǎn)火正時、配氣相位等。各個因素之間都有相互聯(lián)系，在進(jìn)行性能優(yōu)化時都必須考慮其他因素的影響，要通過深入研究和試驗(yàn)，對汽油機(jī)冷起動時控制參數(shù)進(jìn)行合理匹配，使發(fā)動機(jī)起動順利，并且污染小，油耗低，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，則對發(fā)動機(jī)電子控制提出了更高的要求，很好地規(guī)劃一個全方位的控制策略，確定發(fā)動機(jī)冷起動時的控制方法，最終實(shí)現(xiàn)冷起動時各參數(shù)的精確控制，在低污染、低油耗下保證低溫冷起動成功。

參考文獻(xiàn)

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