APC2008-13混合動(dòng)力用汽油機(jī)起動(dòng)首循環(huán)燃燒和排放特性.

1、蕪湖,2008年9月中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì)第八屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集69APC2008-013混合動(dòng)力用汽油機(jī)起動(dòng)首循環(huán)燃燒和排放特性于水1,董光宇2,張?jiān)坪?,李理光2（仁上海交通大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200030;2.同濟(jì)大學(xué) 汽車學(xué)院，上海201804摘要:搭建了一套模擬混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在ISG（起動(dòng)/發(fā)電一體化拖動(dòng)下快速起動(dòng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。對(duì)比分析了拖動(dòng)到 800r/min起動(dòng)和原機(jī)起動(dòng)時(shí)首次著火循環(huán)的 瞬態(tài)燃燒和排放特性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被快速拖動(dòng)到800r/min起動(dòng)時(shí)，由于燃燒持續(xù)期變長，使首循環(huán)缸壓峰值和碳?xì)渑欧哦冀档汀?由于首次噴油蒸發(fā)時(shí)間減少，使可靠著火的稀燃邊界變濃。關(guān)鍵詞:混

2、合動(dòng)力;首循環(huán);瞬態(tài)排放隨著能源危機(jī)和環(huán)保壓力的日益加劇，混合動(dòng)力汽車具有優(yōu)異的節(jié)能環(huán)保性能 而又能夠在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，因而備受國內(nèi)外企業(yè)以及研究機(jī)構(gòu)關(guān)注。 混合動(dòng)力汽車節(jié)油的主要途徑之一是減少發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況，美國韋恩州立大學(xué)對(duì)一 種并聯(lián)結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力系統(tǒng)在 FUDS（Federal Urban Drivi ng Schedule駕駛循環(huán)下的 仿真結(jié)果表明發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)駕駛循環(huán)中被起動(dòng)了65次1。這在某種程度上表明發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)-停機(jī)是混合動(dòng)力汽車一個(gè)重要的瞬態(tài)工況。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，國際上針對(duì)混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)-停機(jī)工況的研究主要集中于三個(gè)方面:1燃油經(jīng)濟(jì)性綜 合優(yōu)化2;2車輛駕駛性

3、和舒適性優(yōu)化3;3排放特性4。國內(nèi)在混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)起 動(dòng)方面也有相關(guān)研究，但多集中于ISG（起動(dòng)/發(fā)電一體化或BSG（皮帶驅(qū)動(dòng)的起動(dòng)/發(fā) 電機(jī)一體化混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)研究和功能實(shí)現(xiàn)上。如李紅朋等對(duì)ISG和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)快速起動(dòng)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了建模，考慮了在拖轉(zhuǎn)和起動(dòng)初期發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)力學(xué)和摩擦，從而制定ISG電機(jī)的控制策略。而針對(duì)于混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程燃 燒和排放控制策略的研究還處于探索階段。一般概念認(rèn)為混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)高速拖轉(zhuǎn) 起動(dòng)時(shí)可以減少初始階段的噴油量，并通過加快起動(dòng)空燃比向理論空燃比的過渡，從 而降低起動(dòng)過程的碳?xì)渑欧拧｜S開勝等6對(duì)混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和暖機(jī)過程 進(jìn)行了標(biāo)定研究。結(jié)果表

4、明，在混合動(dòng)力模式下減少發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)期噴油量后，HC排 放惡化。但關(guān)于該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及應(yīng)采用的對(duì)策還沒有被深入探究。隨著三元催化劑快速起燃技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)三元催化劑可以在 10s 左右快速起燃，因此，研究和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)拖轉(zhuǎn)期和起動(dòng)初期的碳?xì)渑欧艑?duì)降低整車碳 氫排放具有至關(guān)重要的作用。此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的最初幾個(gè)循環(huán)內(nèi)，由于傳感器反 應(yīng)延遲，空燃比不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量7,無法對(duì)這階段空燃比進(jìn)行死循環(huán)控制。所以，需 要對(duì)起動(dòng)初期幾個(gè)循環(huán)特別是首次著火循環(huán)的混合氣形成和燃燒排放規(guī)律進(jìn)行深入 的研究。Castaing等人8研究了不同初始活塞位置對(duì)冷起動(dòng)前三個(gè)循環(huán)燃燒和排放 特性的影響。San t

5、oso等人9對(duì)起動(dòng)首循環(huán)混合氣的形成及燃燒和排放特性進(jìn)行了 研究。栗工等10,11在一臺(tái)電控LPG單缸發(fā)動(dòng)機(jī)上對(duì)冷起動(dòng)首循環(huán)的燃燒和排放 進(jìn)行了研究。本文針對(duì)混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)快速拖動(dòng)起動(dòng)的特點(diǎn)，采用快速拖動(dòng)到怠速起動(dòng) 的方法對(duì)汽油機(jī)首次著火的燃燒和排放特性進(jìn)行了研究。混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng) 時(shí)可以拖動(dòng)到怠速或高于怠速轉(zhuǎn)速之后再點(diǎn)火，其首次著火的燃燒邊界條件與傳統(tǒng) 汽車低速拖轉(zhuǎn)起動(dòng)存在不同。此外，快速拖轉(zhuǎn)時(shí)第一循環(huán)的燃油蒸發(fā)時(shí)間較低速起 動(dòng)時(shí)減少，所以不利于混合氣形成，而且也會(huì)對(duì)起動(dòng)初期壁面油膜平衡的建立產(chǎn)生影 響。因此，有必要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在混合動(dòng)力工況下起動(dòng)時(shí)首次著火循環(huán)的噴油策略和燃 燒排放特

6、性進(jìn)行研究。本文采用基于循環(huán)分析的研究方法對(duì)汽油機(jī)快速起動(dòng)時(shí)首循 環(huán)的燃燒和排放特性進(jìn)行了研究。1實(shí)驗(yàn)方案圖1為本研究所建立的快速起動(dòng)瞬態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。將一臺(tái)安川伺服電機(jī)聯(lián)接 在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出端，模擬ISG（或BSG的功能以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的高速拖動(dòng)起動(dòng)。通過 預(yù)設(shè)伺服控制器中的起動(dòng)轉(zhuǎn)速70蕪湖,2008年9月于水等:混合動(dòng)力用汽油機(jī)起動(dòng)首循環(huán)燃燒和排放特性設(shè)置，可以使電機(jī)按照不同的轉(zhuǎn)速曲線運(yùn)行。當(dāng)起動(dòng)鑰匙上電時(shí)，電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，在發(fā)動(dòng)機(jī)首次點(diǎn)火之后，切斷電機(jī)驅(qū)動(dòng)使之跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)。通過實(shí) 驗(yàn)精確標(biāo)定電機(jī)拖動(dòng)持續(xù)時(shí)間，使發(fā)動(dòng)機(jī)首次點(diǎn)火成功后，在下一循環(huán)著火前立刻切 斷電機(jī)驅(qū)動(dòng)力，從而避免因

7、電機(jī)自身的轉(zhuǎn)速控制而壓制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。本研究 采用的試驗(yàn)樣機(jī)為上海華普J(rèn)L479QA發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表1所示。進(jìn)氣流量計(jì)圖1實(shí)驗(yàn)臺(tái)架示意圖Fig.1 Schematic diagram of experime ntal setups本文旨在研究快速起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)特性，測(cè)試了多個(gè)瞬態(tài)參數(shù)的變化規(guī) 律。測(cè)量的熱力參數(shù)包括：氣缸內(nèi)壓力，進(jìn)氣流量，進(jìn)氣道內(nèi)壓力和溫度，排氣口處壓 力和溫度，排氣空燃比。并利用測(cè)得的瞬態(tài)參數(shù)對(duì)瞬態(tài)過程進(jìn)行燃燒分析和計(jì)算。利用光電編碼器用來測(cè)量瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，并對(duì)曲軸轉(zhuǎn)角進(jìn)行分度。噴油信號(hào)和點(diǎn)火信號(hào) 通過ECU線束取得，用來計(jì)算ECU的噴油量和點(diǎn)火時(shí)刻。所有測(cè)試信號(hào)經(jīng)過自制

8、的信號(hào)調(diào)理電路處理后，接入NI PCI6250高速數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行保存。編碼器脈沖信 號(hào)也用作采集卡的外時(shí)鐘來進(jìn)行基于曲軸轉(zhuǎn)角的觸發(fā)采集。利用采集卡的頻率測(cè)量 信道來測(cè)量每個(gè)脈沖時(shí)刻的瞬時(shí)頻率，從而計(jì)算出瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和每個(gè)脈沖時(shí)刻的絕對(duì) 時(shí)間基準(zhǔn)。采用英國Cambustion公司快速響應(yīng)瞬態(tài)碳?xì)錅y(cè)試儀進(jìn)行瞬態(tài)排放測(cè) 試。該排放儀采用獨(dú)特的快速采樣技術(shù)，采樣探頭可探至排氣門附近，具有毫秒級(jí)的 響應(yīng)速度,從而保證對(duì)排放特性進(jìn)行基于循環(huán)分析。為了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)單個(gè)著火循環(huán)進(jìn)分析，一個(gè)很重要的問題是對(duì)單個(gè)循環(huán)進(jìn)行精確 控制。而目前產(chǎn)品ECU中的控制策略都是針對(duì)工況進(jìn)行的基于時(shí)間的查詢控制，而不能精確到對(duì)某一單個(gè)循

9、環(huán)進(jìn)行控制。因此，本文設(shè)計(jì)了一套基于英飛凌167單片 機(jī)的噴油和點(diǎn)火控制系統(tǒng)，使之與原機(jī)ECU并行工作,通過對(duì)ECU線束的切換來實(shí) 現(xiàn)對(duì)第一缸噴油和點(diǎn)火的自行控制。在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)需要對(duì)首循環(huán)進(jìn)行控制時(shí)，就由單 片機(jī)控制噴油和點(diǎn)火，當(dāng)點(diǎn)火脈沖發(fā)出后就立即切換到原 ECU工作模式。從而實(shí)現(xiàn) 只改變首循環(huán)控制策略而又不影響發(fā)動(dòng)機(jī)整體運(yùn)行。對(duì)于多缸機(jī)而言，由于壓縮氣動(dòng)阻力的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)必定有一缸的活塞處 于壓縮沖程中期11。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，不同活塞初始位置會(huì)對(duì)起動(dòng)過程的燃燒和排放 產(chǎn)生影響8。為了避免這些影響，在本研究中每次起動(dòng)前都將第一缸轉(zhuǎn)動(dòng)到活塞處 于排氣上止點(diǎn)前270o曲軸轉(zhuǎn)角處，即位于膨脹沖

10、程中期，此時(shí)第三缸處于壓縮沖程中 期，這個(gè)位置是發(fā)動(dòng)機(jī)正常停機(jī)位置之一。由于所有數(shù)據(jù)都來自第一缸，這樣做也保證了在每次起動(dòng)時(shí)第一缸都是最先著火，保證了實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論2.1首循環(huán)空燃比標(biāo)定空燃比是影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放最重要的一個(gè)參數(shù) ，而本文的研究對(duì)象是發(fā)動(dòng) 機(jī)的首次著火循環(huán)，需要對(duì)單個(gè)循環(huán)的空燃比進(jìn)行實(shí)時(shí)定量標(biāo)定。根據(jù)空燃比的測(cè) 算方法可將空燃比分為排氣空燃比，缸內(nèi)實(shí)時(shí)空燃比和噴射空燃比。最常用的空燃比測(cè)量方法是利用氧傳感器測(cè)量排氣中氧濃度，得到過量空氣系數(shù)，然后根據(jù)理論空 燃比計(jì)算出排氣表1發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)Tab.1 The specificati ons of engine發(fā)動(dòng)機(jī)

11、型號(hào)JL479QA缸徑和沖程78.7 77.0 mm壓縮比9.3氣缸數(shù)4點(diǎn)火順序1-342IVO 16O CAIVC 56 O CAEVO 48 O CAEVC 17 O CA燃油93#汽油排放歐III蕪湖,2008年9月于水等:混合動(dòng)力用汽油機(jī)起動(dòng)首循環(huán)燃燒和排放特性71ZODfpmZODfpm 2525q qC C -200rpm60200rpm60n nC C 200fpmS5C200fpmS5C 十a(chǎn)OOrpmaOOrpm 2525a aC C&OQrpm&OQrpm 6060d dC C -0OOrpm0OOrpm 8FC8FC空燃比。然而氧傳感的響應(yīng)時(shí)間一般在100ms左右，不能反

12、應(yīng)出單一循環(huán)的空燃比。特別在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)初期，排氣岐管內(nèi)殘留的新鮮空氣會(huì)大大延長氧傳感的響 應(yīng)時(shí)間，一般來講在室溫起動(dòng)時(shí)氧傳感器直到 10個(gè)循環(huán)以上才能準(zhǔn)確反應(yīng)出空燃比 7。此外，當(dāng)發(fā)生失火或部分燃燒時(shí)，氧傳感器測(cè)出的空燃比顯示過稀，也不能反映實(shí) 際的空燃比。因此，不能利用氧傳感器來實(shí)時(shí)測(cè)量首循環(huán)的空燃比。排氣空燃比也 可以通過測(cè)量排氣成份，根據(jù)化學(xué)平衡來計(jì)算出實(shí)際空燃比。然而目前在本研究中 還不具備這樣能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量五種氣體成份的條件。缸內(nèi)實(shí)時(shí)空燃比的測(cè)量可通過缸 內(nèi)采樣測(cè)出缸內(nèi)碳?xì)錆舛惹€，利用點(diǎn)火時(shí)刻之前的碳?xì)錆舛葋碛?jì)算得到缸內(nèi)實(shí)時(shí) 空燃比，但是測(cè)量手段實(shí)施較困難，需要特殊的缸內(nèi)采樣系統(tǒng)配合

13、瞬態(tài)碳?xì)錅y(cè)量儀才 能實(shí)現(xiàn)。噴射空燃比是根據(jù)循環(huán)進(jìn)氣量和噴油量計(jì)算得出，是發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的標(biāo)定空燃比。由于壁面油膜的影響，噴射空燃比不能準(zhǔn)確反映缸內(nèi)混合氣的實(shí)際濃度。根 據(jù)目前實(shí)驗(yàn)手段，本文采用噴射空燃比作為界定首循環(huán)混合氣濃稀的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。采 用噴射空燃比可以將壁面油膜和缸內(nèi)混合氣濃度綜合起來考慮并分析其對(duì)燃燒的影響，并且對(duì)于實(shí)際的ECU標(biāo)定具有更好的適用性。aOQtpmaOQtpm 6060n nC C 200rp(in85200rp(in85n nC C - -600rpm25G600rpm25G aOQrpmaOQrpm 60X60X BOOrpmBOOrpm S5S5U UC CD-200

14、fpni2&D-200fpni2&D DC C-2OCkpm2OCkpm 6D6DU UC C2O(kprTi2O(kprTi 蚤弋-BOOrpmBOOrpm 25C25C eoorpmeoorpm 迪迪 6060n nC C-SOOfpmSOOfpm 8585a aC C圖2給出了在不同水溫下，拖動(dòng)到800r/min起動(dòng)和原機(jī)起動(dòng)時(shí)首循環(huán)進(jìn)氣壓力 和循環(huán)進(jìn)氣量的標(biāo)定。首循環(huán)進(jìn)氣壓力隨水溫基本沒有變化，當(dāng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速升高到800r/min時(shí)進(jìn)氣壓力比原機(jī)起動(dòng)要低,從而使首循環(huán)進(jìn)氣量降低。當(dāng)水溫從 250 C 升高到850 C時(shí)，由于傳熱作用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)溫度從 250 C升高到600 C ,從而

15、 使循環(huán)進(jìn)氣量降低。根據(jù)循環(huán)進(jìn)氣量和噴油脈寬可以標(biāo)定出首循環(huán)的過量空氣系數(shù) 如圖3所示。同樣的噴油脈寬下，水溫升高和拖動(dòng)轉(zhuǎn)速升高都會(huì)使循環(huán)進(jìn)氣量減少， 因此使過量空氣系數(shù)減少。2.2首循環(huán)瞬態(tài)參數(shù)變化規(guī)律圖4給出了在原機(jī)起動(dòng)開始的1s內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)拖轉(zhuǎn)和起動(dòng)過程各瞬態(tài)參數(shù)的變化 規(guī)律。發(fā)動(dòng)機(jī)拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速在200r/min左右，持續(xù)0.5秒左右第一次點(diǎn)火。第一次點(diǎn)火 后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速急劇升高到600r/min，此后隨著其它缸順序點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)步上升 但上升幅度遠(yuǎn)低于首循環(huán)著火。對(duì)應(yīng)缸壓也可以看出首循環(huán)著火的爆發(fā)壓力最高，其后循環(huán)的缸壓依次降低。碳?xì)錆舛群团艢饪跍囟仍诘谝淮闻艢忾T打開之前都處于 穩(wěn)定,隨著燃燒

16、開始，兩者都隨著排氣門的開閉而產(chǎn)生變化。圖4情況下，首循環(huán)碳?xì)渑欧挪ㄐ物@示混合氣較濃，第2個(gè)循環(huán)則顯示出較理想的碳?xì)渑欧挪ㄐ?。第一循環(huán) 排氣溫度上升梯度要較其后的循環(huán)要小，因?yàn)榈谝谎h(huán)轉(zhuǎn)速很低，燃燒持續(xù)曲軸轉(zhuǎn)角 較少，減少了后燃，所以產(chǎn)生了較高的爆發(fā)壓力，碳?xì)渑欧泡^高，排氣溫度降低。5060708090100水溫（O C首循環(huán)進(jìn)氣量（m g首循環(huán)進(jìn)氣壓力（k P a噴油脈寬（ms圖2首循環(huán)進(jìn)氣量標(biāo)定圖3首循環(huán)過量空氣系數(shù)標(biāo)定468瞬時(shí)轉(zhuǎn)速（r /m i n缸內(nèi)壓力（M P a和碳?xì)錆舛?2000 （10-6時(shí)間（s圖4首循環(huán)瞬態(tài)參數(shù)變化規(guī)律72蕪湖,2008年9月于水等:混合動(dòng)力用汽油機(jī)起動(dòng)首

17、循環(huán)燃燒和排放特性2.3過量空氣系數(shù)對(duì)首循環(huán)燃燒的影響水溫60C60C圖5給出了不同過量空氣系數(shù)下首循環(huán)示功圖和放熱率的變化規(guī)律。該發(fā)動(dòng)機(jī) 在原機(jī)拖動(dòng)下的壓縮峰值壓力在1.2MPa左右，當(dāng)混合氣過濃和過稀時(shí)，缸壓峰值就 是壓縮壓力。觀察過量空氣系數(shù)為 1.5469和0.1547時(shí)的缸壓曲線可以看出在膨脹 行程，仍然有微弱的燃燒發(fā)生，而不是完全失火。如果是完全失火，則由于氣缸傳熱效 應(yīng)，膨脹行程的壓力會(huì)低于壓縮過程的壓力，而圖中這兩條曲線膨脹行程壓力仍略高 于壓縮行程壓力。當(dāng)超過稀燃界限后，爆發(fā)壓力峰值隨著混合氣逐漸過濃而降低，峰 值壓力位置也逐漸推后。從放熱率曲線可以看出在混合氣逐漸過濃過程中

18、，放熱推遲，峰值放熱率也逐漸降低。這是因?yàn)檫^濃的混合氣會(huì)降低火焰燃燒速度。2.4拖動(dòng)轉(zhuǎn)速對(duì)首循環(huán)燃燒和排放的影響傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速在 200r/mi n左右,混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)需要快速拖動(dòng)到怠速或高于怠速轉(zhuǎn)速起動(dòng)。圖6和圖7分別給出了在不同水溫下原機(jī)低速拖動(dòng)起動(dòng)和拖動(dòng)到怠速起動(dòng)時(shí)首循環(huán)缸壓 峰值和碳?xì)渑欧烹S過量空氣系數(shù)的對(duì)比關(guān)系，點(diǎn)火時(shí)刻為上止點(diǎn)點(diǎn)火。整體來看，當(dāng) 混合氣濃度從稀到濃變化時(shí)，缸壓峰值先升高后降低，碳?xì)渑欧乓泊嬖谝粋€(gè)窗口區(qū)域， 在過稀和過濃的邊界上碳?xì)錆舛燃眲∩仙Ｔ诖翱趨^(qū)域以內(nèi)，隨著混合氣變濃碳?xì)渑欧乓搽S著升高。這個(gè)規(guī)律與其它研究者的結(jié)論相吻合911,只是由于空燃比界

19、定方法不同而在數(shù)值上有出入。本文給出的過量空氣系數(shù)包含了燃油蒸發(fā)和壁面油膜的影響，因此隨著水溫的升高可靠燃燒的過量空氣系數(shù)范圍變大。當(dāng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，缸壓和排放整體上都降低，稀燃過量空氣系數(shù)界限較原機(jī)起動(dòng)要濃。這主要是由如下幾個(gè)原因造成的：a.由于高速拖動(dòng)時(shí)進(jìn)氣壓力降低，因此同一噴射過量空氣系數(shù)時(shí)循環(huán)進(jìn)氣量較少 會(huì)使缸壓降-1001000.00.51.01.52.02.53.03.54.0 020406080100120140160180200220240缸壓（M P a瞬時(shí)放熱率J /O C A曲軸轉(zhuǎn)角（O CA1.5469 0.7735 0.3867 0.2578 0.1547圖5過量空氣

20、系數(shù)對(duì)燃燒過程的影響（水溫25O C ,原機(jī)起動(dòng)，上止點(diǎn)點(diǎn)火0.20.40.60.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.824602460246首循環(huán)峰值壓力（M P a過量空氣系數(shù)0.20.40.60.81.01.21.4 1.6 1.85000100001500020000050001000015000732000005000100001500020000首循環(huán)碳?xì)渑欧啪担?0-6過量空氣系數(shù)圖7首循環(huán)瞬態(tài)碳?xì)渑欧抛兓?guī)律圖6首循環(huán)缸壓峰值變化規(guī)律蕪湖,2008年9月于水等：混合動(dòng)力用汽油機(jī)起動(dòng)首循環(huán)燃燒和排放特性低。對(duì)比圖2,拖動(dòng)到800r/min起動(dòng)時(shí)進(jìn)氣量減少不到10%而缸壓最大

21、降低超過50%，因此這不是最重要的原因。b.由于快速起動(dòng)時(shí)拖動(dòng)到首次著火的時(shí)間很短，首次噴油燃油蒸發(fā)時(shí)間短。同一噴射過量空氣系數(shù)下實(shí)際進(jìn)入氣缸的燃油減少，使缸壓降低。對(duì)比圖6中水溫85O C的數(shù)值，在此溫度下燃油蒸發(fā)狀態(tài)都很好的情況下，缸壓仍有大幅降低，因此這也不是最重要的原因。c.在相同過量空氣系數(shù)和點(diǎn)火時(shí)刻下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，燃燒過程所持續(xù)的曲軸轉(zhuǎn)角增大因此燃燒持續(xù)期變長，后燃加強(qiáng),使缸壓降低，同時(shí)改善了碳?xì)渑欧?。d.當(dāng)快速拖動(dòng)起動(dòng)時(shí)，首次噴油蒸發(fā)時(shí)間減少,減少了實(shí)際進(jìn)入氣缸內(nèi)的燃油的量，從而使稀燃過量空氣系數(shù)往濃偏移。從 圖中可以看出，隨水溫上升，燃油蒸發(fā)狀況改善的時(shí)候，快速起動(dòng)和原

22、機(jī)起動(dòng)的稀燃界 限就靠近基本重合了。因此，可以判定首次噴油蒸發(fā)時(shí)間減少是導(dǎo)致快速起動(dòng)首循 環(huán)稀燃界限較濃的主要原因。2.5水溫對(duì)排放的影響圖8給出了拖動(dòng)到800r/min起動(dòng)時(shí)，不同水溫對(duì)排放的影響。圖中可以看出隨 著水溫升高，燃油蒸發(fā)狀況改善，可靠燃燒的噴油過量空氣系數(shù)窗口變寬。當(dāng)噴射過 量空氣系數(shù)較濃時(shí)，水溫高時(shí)排放也升高，這是由于燃油蒸發(fā)改善，氣缸內(nèi)實(shí)際混合氣 更濃所造成的。而對(duì)應(yīng)在稀燃邊界上的數(shù)值則是隨著水溫升高而降低的，這是由于水溫升高有利于燃油完全燃燒。3結(jié)論根據(jù)上面的分析，可得到如下結(jié)論：1、當(dāng)在混合動(dòng)力模式下發(fā)動(dòng)機(jī)被快速拖動(dòng)到怠速轉(zhuǎn)速附近起動(dòng)時(shí)，首循環(huán)進(jìn)氣壓力降低，首循環(huán)進(jìn)氣量

23、降低10%左右2、在快速起動(dòng)時(shí)，由于燃燒持續(xù)期變長，使缸壓降低，同時(shí)由于加強(qiáng)了后燃，因此 改善了碳?xì)渑欧拧?、由于快速起動(dòng)時(shí)首次噴油蒸發(fā)時(shí)間變短，減少了實(shí)際進(jìn)入氣缸的燃油量，因此 可靠燃燒的稀燃邊界較濃。但隨著水溫升高，燃油蒸發(fā)質(zhì)量改善，其稀燃邊界就與原 機(jī)起動(dòng)基本重合。參考文獻(xiàn)1 N.A. Henein, Dinu Taraza, Nabil Chalhoub and Ming-ChiaLai, Explorati on of the Con tributi on of the Start/Stop Tran sie nts in HEV Operati on and Emissio ns

24、C. SAE Pap er 2000-01-3086,2001.2 Moritaka Matsuura, Koji Korematsu and Junya Tan aka,Fuel Con sumptio n Improveme nt of Vehicles by Idli ng StopC. SAE Pap er 2004-01-1896,2004.3 Mi ng L. Kuan g, An Inv estigati on of Engine Start-StopNVH in A Power Split Powertrain Hybrid Electric VehicleC. SAE Pap er 2006-01-1500,20064 He nry K. Ng, Joh n A. An ders on, Michael J. Duoba andRobert P. Larse n, Engine Start Characteristics of Two Hybrid Electric Vehicles (HEVs - Honda In sight and Toyota Prius C. SAE Pap er 2001-01-2492, 2001