混合動(dòng)力車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略研究

謝瑞芳，王歡

（北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100124）

發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)/再起動(dòng)技術(shù)是混合動(dòng)力汽車(chē)的一種重要節(jié)油手段。在停機(jī)/再起動(dòng)系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)根據(jù)駕駛員的需求自動(dòng)停機(jī)或者再起動(dòng)。根據(jù)Xie等的研究，裝配有停機(jī)/再起動(dòng)技術(shù)的汽車(chē)能夠節(jié)油10%和減少12%的二氧化碳排放。Bishop等也得出了類(lèi)似的研究結(jié)果，他們認(rèn)為在混合駕駛工況中，混合動(dòng)力汽車(chē)平均節(jié)油4．8%。此外，Matsuura等研究發(fā)現(xiàn)，在城市工況中，帶有停機(jī)/再起動(dòng)技術(shù)的柴油機(jī)減少20%的二氧化碳排放。鑒于停機(jī)/再起動(dòng)系統(tǒng)如此良好的性能表現(xiàn)和越來(lái)越嚴(yán)苛的環(huán)境保護(hù)法規(guī)，將會(huì)有越來(lái)越多的汽車(chē)裝配該技術(shù)。

該技術(shù)以其良好的節(jié)油性而廣受關(guān)注。有研究表明，混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在聯(lián)邦城市駕駛表中會(huì)經(jīng)歷65次停機(jī)和再起動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷如此多的停機(jī)/再起動(dòng)，其冷卻水溫度已經(jīng)比較高，這對(duì)混合氣的行成和缸內(nèi)的燃燒有利。另外，對(duì)于裝配有停機(jī)/再起動(dòng)技術(shù)的混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)起動(dòng)轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，其噴油量在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到一個(gè)較高轉(zhuǎn)速之前一直都是零，因此起動(dòng)階段的燃油消耗會(huì)減少。以上兩點(diǎn)似乎表明起動(dòng)階段的碳?xì)渑欧艜?huì)減少。但實(shí)際情況似乎并非如此，有研究表明混合動(dòng)力用發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)起動(dòng)也會(huì)引起碳?xì)浠衔锱欧艕夯?。Yu等在一臺(tái)混合動(dòng)力用進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)上，基于循環(huán)分析比較了傳統(tǒng)的低轉(zhuǎn)速起動(dòng)和高轉(zhuǎn)速起動(dòng)的區(qū)別，結(jié)果表明高速起動(dòng)過(guò)程會(huì)引起缸內(nèi)失火和不完全燃燒，且惡化碳?xì)渑欧?。王振鎖等研究了混合動(dòng)力用發(fā)動(dòng)機(jī)的排放特性，結(jié)果說(shuō)明高轉(zhuǎn)速起動(dòng)有助于節(jié)油和減少碳?xì)渑欧?，但起?dòng)轉(zhuǎn)速過(guò)高會(huì)惡化碳?xì)浜偷趸锱欧??？傊?，城市工況中發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁地停機(jī)/再起動(dòng)會(huì)引起排放的惡化。

當(dāng)前，進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)以其低成本和高技術(shù)成熟度而被廣泛應(yīng)用。對(duì)于進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，進(jìn)氣道形成的混合氣濃度是影響燃燒和排放的關(guān)鍵因素，從發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的第一個(gè)循環(huán)起空氣-燃料混合氣就應(yīng)該有適當(dāng)?shù)臐舛纫源_?？煽康厝紵Ｓ忠?yàn)槠饎?dòng)前幾個(gè)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的高瞬態(tài)性和較低的溫度，所以起動(dòng)前幾個(gè)循環(huán)一般都會(huì)考慮燃油加濃策略，即通過(guò)加濃噴射量來(lái)確保溫度較低情況下蒸發(fā)的燃料能夠形成可燃的混合氣。然而，量化噴油加濃是一件十分困難的事情，因此，即使上一循環(huán)加濃噴射的燃料多一點(diǎn)也會(huì)影響接下來(lái)循環(huán)的燃燒和排放，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與排放的控制愈發(fā)困難。Fischer HC等試驗(yàn)探究了進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)燃油傳輸過(guò)程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冷起動(dòng)過(guò)程中，加濃噴射的燃油量達(dá)到了理論空燃比需油量的10倍。Liguang Li等研究發(fā)現(xiàn)冷起動(dòng)過(guò)程中，前兩個(gè)循環(huán)的噴油量是理論空燃比油量的5倍，而接下來(lái)幾個(gè)循環(huán)卻小于理論需油量。Zhiming Liu等試驗(yàn)研究了燃油計(jì)量對(duì)進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖和起動(dòng)階段排放和發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，首循環(huán)噴射越多的燃料，蒸發(fā)形成可燃混合氣的燃料比例就越小，而剩余部分形成的油膜又不可避免地會(huì)影響下一循環(huán)。對(duì)于混合動(dòng)力來(lái)說(shuō)，其起動(dòng)轉(zhuǎn)速一般會(huì)高于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)速，因此，其起動(dòng)過(guò)程的瞬態(tài)性也會(huì)更強(qiáng)，這會(huì)增加對(duì)混合氣濃度控制的難度，從而造成燃燒和排放的不可預(yù)測(cè)。

基于以上問(wèn)題，許多試驗(yàn)研究都著眼于提升混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。Ohn H等研究了首循環(huán)噴油正時(shí)對(duì)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)過(guò)程的影響，得出了冷起動(dòng)不能使用開(kāi)閥噴射和熱機(jī)起動(dòng)應(yīng)該優(yōu)先使用半開(kāi)閥噴射和開(kāi)閥噴射的結(jié)論。Yu等測(cè)試了基于循環(huán)控制混合動(dòng)力起動(dòng)噴油的策略，實(shí)現(xiàn)了前五個(gè)循環(huán)IMEP最優(yōu)和降低碳?xì)渑欧?。周健豪等作者研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)氣道噴射汽油機(jī)起動(dòng)過(guò)程的前幾個(gè)循環(huán)適當(dāng)?shù)膰娪图訚饪梢约涌炱饎?dòng)和減少碳?xì)渑欧?。LI等基于活塞初始位置采用燃油獨(dú)立噴射策略來(lái)改善混合動(dòng)力快速起動(dòng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了更快的起動(dòng)和碳?xì)渑欧诺臏p少。

總體上而言，典型的進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程可以被分為三個(gè)階段：倒拖、起動(dòng)和怠速階段。倒拖階段是電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)直到首次達(dá)到目標(biāo)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速為止。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)目標(biāo)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速后，電機(jī)立刻掉電，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入起動(dòng)階段。在該階段，發(fā)動(dòng)機(jī)通常會(huì)由自身燃燒從較低的拖動(dòng)轉(zhuǎn)速加速到較高轉(zhuǎn)速，然后在降低至目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速。為了確保起動(dòng)成功，一般發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)加速到一個(gè)較高轉(zhuǎn)速，一般是超過(guò)目標(biāo)怠速一倍。加速過(guò)程中，怠速旁通閥一般會(huì)由大開(kāi)逐漸閉合至目標(biāo)怠速的怠速閥位置，同時(shí)，噴油一般也會(huì)采用加濃策略。因此，這種起動(dòng)過(guò)程的瞬態(tài)性和燃油消耗都很高，起動(dòng)排放也差。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)表現(xiàn)差主要就是該階段造成的。起動(dòng)階段過(guò)后，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定的怠速工況。

不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前大部分用于提升混合動(dòng)力用發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)表現(xiàn)的方法都是著眼于優(yōu)化噴射脈寬和噴射正時(shí)，很少有從減弱發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬態(tài)特性角度考慮的，比如省略通過(guò)缸內(nèi)燃燒的加速。如果能夠?qū)崿F(xiàn)高拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)自身燃燒加速的起動(dòng)，那么發(fā)動(dòng)機(jī)將至少會(huì)受益于兩個(gè)方面：一是用于燃燒加速的燃油將會(huì)大幅削減；二是起動(dòng)階段的怠速閥大開(kāi)和噴射加濃將變得沒(méi)有必要，這樣就會(huì)有益于更好地控制混合氣濃度。基于此，本文提出了一種準(zhǔn)恒速快速起動(dòng)策略，目的是減少起動(dòng)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)自身燃燒加速過(guò)程，以期減少起動(dòng)過(guò)程中的排放。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)和方法

1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

本文中所用的試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。測(cè)試用的發(fā)動(dòng)機(jī)是一臺(tái)4缸進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，其詳細(xì)參數(shù)如表1所示，進(jìn)氣道的界面如圖2所示（每缸的進(jìn)氣道有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的進(jìn)氣道）。將一臺(tái)直流電機(jī)連接在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪端用來(lái)拖轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。起動(dòng)的目標(biāo)拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和電機(jī)加速時(shí)間可以由直流電機(jī)控制器設(shè)定。發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射脈寬、怠速閥開(kāi)度和點(diǎn)火角可以由自主開(kāi)發(fā)的電子控制單元（ECU）基于循環(huán)控制。為了更好的表達(dá)采用準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略的發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)表現(xiàn)，采用原機(jī)起動(dòng)策略的起動(dòng)將被用作參考，其控制參數(shù)是由原機(jī)ECU中獲得，并在自主開(kāi)發(fā)的ECU中重現(xiàn)。試驗(yàn)中使用的其他儀器的具體參數(shù)如表2所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中汽油的蒸發(fā)以及混合氣的形成會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的快速啟動(dòng)過(guò)程造成一定的影響，而噴油正時(shí)、進(jìn)氣道溫度以及進(jìn)氣道形狀均會(huì)影響汽油蒸發(fā)和混合氣的形成，如圖2所示即為進(jìn)氣道的截面示意圖，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸都有對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)如圖所示的進(jìn)氣道。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)圖

圖2 進(jìn)氣道截面

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

表2 儀器詳細(xì)參數(shù)

1.2 準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略

圖3給出了準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略的控制流程，準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略主要包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

將目標(biāo)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速Nt設(shè)置與目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速相等，這樣就可以減去由發(fā)動(dòng)機(jī)自身燃燒加速的過(guò)程。

怠速閥開(kāi)度值從一開(kāi)始就設(shè)定為目標(biāo)怠速時(shí)的怠速閥開(kāi)度值，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始著火后只需要維持目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速而不需要加速。

噴油策略的原則是起動(dòng)過(guò)程中提供當(dāng)量比需油量，除第一循環(huán)需要確保著火成功需要加濃。

圖3 準(zhǔn)恒速起動(dòng)控制策略

圖4給出了準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略的怠速閥開(kāi)度和噴油脈寬值。起動(dòng)階段控制參數(shù)是基于循環(huán)標(biāo)定的。怠速閥開(kāi)度從一開(kāi)始就設(shè)定為目標(biāo)怠速和起動(dòng)冷卻水溫條件下的穩(wěn)定怠速時(shí)的怠速閥開(kāi)度，噴油量是當(dāng)量比需油量，其值是基于進(jìn)氣壓力和充氣效率標(biāo)定的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速階段后，使用兩個(gè)PI控制器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。

圖4 不同啟動(dòng)策略怠速閥開(kāi)度、噴油脈寬隨時(shí)間變化

理論上，準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略不論是冷機(jī)或者熱機(jī)起動(dòng)都適用，但是，在城市駕駛工況中，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后再起動(dòng)大多數(shù)是熱機(jī)條件，因此，冷卻水溫設(shè)定為80℃。目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速設(shè)定為800r/min。噴射正式設(shè)定為膨脹沖程下止點(diǎn)。點(diǎn)火角設(shè)定為上止點(diǎn)前10°CA（曲軸轉(zhuǎn)角）。作為參考的原機(jī)起動(dòng)條件與快速起動(dòng)條件一致。

2 結(jié)果與分析

2.1 進(jìn)氣壓力，轉(zhuǎn)速和過(guò)量空氣系數(shù)

圖5給出了準(zhǔn)恒速起動(dòng)和原機(jī)起動(dòng)的絕對(duì)進(jìn)氣壓力，從圖中可知，在起動(dòng)階段準(zhǔn)恒速策略起動(dòng)策略下的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力低于原機(jī)起動(dòng)策略的進(jìn)氣壓力，其原因是兩種起動(dòng)策略的怠速閥開(kāi)度設(shè)定不一樣。對(duì)于原機(jī)起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒從較低的拖動(dòng)轉(zhuǎn)速加速到較高的目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速，這需要發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大量的功，因此怠速閥從開(kāi)始是大開(kāi)的，而后逐漸減小到怠速時(shí)的位置。而對(duì)于準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略，目標(biāo)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速相等，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始著火后只需要維持目標(biāo)怠速，不需要加速，因此怠速閥位置從一開(kāi)始就設(shè)定在穩(wěn)定怠速時(shí)的怠速閥位置。

圖5 不同啟動(dòng)策略進(jìn)氣壓力隨循環(huán)數(shù)的變化

圖6 不同啟動(dòng)策略轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化

圖7 不同啟動(dòng)策略過(guò)量空氣系數(shù)隨時(shí)間的變化

圖6給出了兩種起動(dòng)策略下的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于原機(jī)起動(dòng)，在倒拖階段發(fā)動(dòng)機(jī)先被電機(jī)托轉(zhuǎn)到目標(biāo)拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（約300r/min），然后被缸內(nèi)燃燒輸出的功加速到一個(gè)高轉(zhuǎn)速（超過(guò)目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速800r/min），其轉(zhuǎn)速的超調(diào)量能達(dá)到幾百轉(zhuǎn)，此后其轉(zhuǎn)速就會(huì)逐漸回落至目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速。對(duì)于準(zhǔn)恒速起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)直接被電機(jī)拖轉(zhuǎn)至目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速（800r/min），當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始輸出功時(shí)，其轉(zhuǎn)速已經(jīng)在目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速附近，因此其缸內(nèi)燃燒只需要維持目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速，這樣就可以將轉(zhuǎn)速的超調(diào)量控制在小范圍之中。準(zhǔn)恒速起動(dòng)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小，其瞬態(tài)特性小。

過(guò)量空氣系數(shù)對(duì)碳?xì)浜鸵谎趸寂欧诺挠绊懞艽?，因此需要?duì)過(guò)量空氣系數(shù)進(jìn)行研究。圖7給出了本試驗(yàn)中兩種不同起動(dòng)策略起動(dòng)過(guò)程的過(guò)量空氣系數(shù)。由圖可知，原機(jī)起動(dòng)的過(guò)量空氣系數(shù)穩(wěn)定到“1”附近是用時(shí)大概是5秒鐘，且長(zhǎng)時(shí)間保持在“1”之下，也就是說(shuō)混合氣偏濃。而對(duì)于準(zhǔn)恒速起動(dòng)，其過(guò)量空氣系數(shù)穩(wěn)定到“1”附近只用了大約1秒鐘，且很少有濃燃。這主要是因?yàn)閷?duì)于原機(jī)起動(dòng)來(lái)說(shuō)，需要燃油加濃噴射來(lái)補(bǔ)償加速油膜，在瞬態(tài)特性如此強(qiáng)的加速階段，很難量化燃油噴射的加濃量，因此通常都是“過(guò)濃”噴射以保證正常燃燒。而對(duì)于準(zhǔn)恒速起動(dòng)來(lái)說(shuō)，只有首循環(huán)為了確保成功著火需要適當(dāng)加濃，首循環(huán)之后發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒只需要維持目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速，不需要考慮加濃，只需要供給當(dāng)量比油量即可。總體上來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)恒速起動(dòng)更加易于控制起動(dòng)過(guò)程中的過(guò)量空氣系數(shù)。

2.2 油耗

圖8給出了原機(jī)和準(zhǔn)恒速策略下的起動(dòng)過(guò)程中消耗的燃料。由圖可知，兩種起動(dòng)策略消耗的燃料都是由大減小至一個(gè)穩(wěn)定值。對(duì)于原機(jī)起動(dòng)來(lái)說(shuō)，其主要原因就是起動(dòng)階段需要加速，因此會(huì)消耗更多的燃料。而對(duì)于準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略來(lái)說(shuō)，為了盡量提供當(dāng)量比混合氣，燃料噴射量與進(jìn)氣壓力相干。而準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略下，進(jìn)氣壓力前幾個(gè)循環(huán)會(huì)大一些，因此其前幾個(gè)循環(huán)的噴油量也會(huì)多一些。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，兩種起動(dòng)策略的燃料消耗都會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定。圖中另一點(diǎn)值得注意的是在前十個(gè)循環(huán)，準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略消耗的燃料明顯小于原機(jī)起動(dòng)消耗的，其原因也是原機(jī)起動(dòng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)燃燒輸出功用于加速，而準(zhǔn)恒速起動(dòng)不需要加速，只需要維持目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速即可。從燃料的消耗角度來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)恒速起動(dòng)是節(jié)油的。

圖8 不同啟動(dòng)策略油耗隨循環(huán)數(shù)的變化

2.3 排放

碳?xì)渑欧艑?duì)于評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能具有重要意義。圖9給出了兩種不同起動(dòng)策略下的HC，由圖可知，對(duì)于兩種起動(dòng)策略的HC排放都是先增大后逐漸減小并且在小范圍內(nèi)波動(dòng)，其中原機(jī)起動(dòng)的HC排放峰值為278ppm，準(zhǔn)恒速起動(dòng)HC排放峰值為159ppm，兩種起動(dòng)策略的HC排放穩(wěn)定值為150ppm左右。準(zhǔn)恒速起動(dòng)的HC排放在起動(dòng)前期明顯小于原機(jī)起動(dòng)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸進(jìn)入穩(wěn)定的怠速工況后，兩種起動(dòng)策略的排放值保持在同一水平。不難發(fā)現(xiàn)，采用準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略的發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)早期的HC排放明顯少于原機(jī)起動(dòng)，這主要是由于噴油和怠速閥開(kāi)度策略不同造成的。對(duì)于原機(jī)起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要用缸內(nèi)燃燒輸出的功將自身的轉(zhuǎn)速由較低的目標(biāo)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速加速到一個(gè)高轉(zhuǎn)速，因此，在起動(dòng)的前幾個(gè)循環(huán)需要節(jié)氣門(mén)大開(kāi)，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)能夠輸出足夠的功，然后會(huì)不斷減小怠速閥開(kāi)度直至穩(wěn)定在怠速，而怠速閥的調(diào)節(jié)會(huì)在一定程度上惡化HC排放。與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在加速過(guò)程中瞬態(tài)特性強(qiáng)烈，為確保加速成功，就需要不斷地對(duì)油膜進(jìn)行補(bǔ)償，一般都是通過(guò)過(guò)濃噴射來(lái)確保油膜的厚度。這樣，燃燒的混合氣一般都會(huì)是過(guò)濃的，這就會(huì)排出大量HC排放。相對(duì)應(yīng)地，對(duì)于準(zhǔn)恒速起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始著火后只需要維持穩(wěn)定的怠速轉(zhuǎn)速，因此，怠速閥可以從一開(kāi)始就固定在對(duì)應(yīng)的怠速條件下的開(kāi)度，不需要調(diào)節(jié)。發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始著火后瞬態(tài)特性弱，油膜的補(bǔ)償也只發(fā)生在首循環(huán)，而后就可以供給當(dāng)量比油量，混合氣能夠很快地到達(dá)理論空燃比。因此，準(zhǔn)恒速起動(dòng)排出的HC明顯減少。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入較為穩(wěn)定的怠速階段后，兩種發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)相近，且混合氣濃度也都到達(dá)理論空燃比，進(jìn)缸的混合氣量也有所減少（由進(jìn)氣壓力可知），因此其排放也幾乎一樣且相比于早期有所減少。

圖9 不同啟動(dòng)策略下HC排放

一氧化碳（CO）排放是由不完全燃燒造成的，起動(dòng)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒條件較差，CO排放也差。圖10是CO排放，CO排放變化規(guī)律與HC排放變化類(lèi)似，也是先增大后逐漸減小至一個(gè)穩(wěn)定值附近。原機(jī)起動(dòng)的CO排放峰值是2．26%，準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略的CO排放峰值是0．88%，兩種起動(dòng)策略的CO排放穩(wěn)定值都是0．4%。起動(dòng)的早期階段，準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略排出的CO明顯少于原機(jī)起動(dòng)策略，造成這種現(xiàn)象的主要原因也是原機(jī)起動(dòng)策略起動(dòng)瞬態(tài)性強(qiáng)，需要通過(guò)加濃噴射來(lái)確保油膜的厚度，以確保加速成功，因此起動(dòng)早期其混合氣過(guò)濃，CO排放就會(huì)增加。而準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略只有首循環(huán)需要考慮油膜補(bǔ)償，因此其燃油供給可以根據(jù)當(dāng)量比需油量供給，混合氣濃度能很快到達(dá)理論空燃比，CO排放較少。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定的怠速工況后，兩種策略下的發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣濃度都是理論空燃比，且進(jìn)缸的混合氣質(zhì)量也幾乎一樣（相對(duì)于早期都有所減少），因此CO排放量相近，且相對(duì)于早期都有所減少。

氮氧化物（NOx）排放形成需要高溫和富氧的條件。圖11給出的是本試驗(yàn)中兩種不同起動(dòng)策略下的NOx排放。原機(jī)起動(dòng)的NOx排放峰值是448ppm，準(zhǔn)恒速啟動(dòng)的峰值是164ppm，兩種起動(dòng)策略的NOx排放穩(wěn)定值都是大約50ppm。在起動(dòng)的早期，原機(jī)起動(dòng)的NOx排放明顯高于準(zhǔn)恒速起動(dòng)的NOx排放，這是因?yàn)樵瓩C(jī)起動(dòng)需要缸內(nèi)燃燒做功來(lái)加速發(fā)動(dòng)機(jī)，而準(zhǔn)恒速起動(dòng)則只需要目標(biāo)怠速即可。因此，在起動(dòng)的早期，相比于準(zhǔn)恒速起動(dòng)，原機(jī)起動(dòng)進(jìn)入缸內(nèi)燃燒的混合氣質(zhì)量很大，所以，原機(jī)起動(dòng)在早期燃燒放熱就多，其缸內(nèi)溫度就會(huì)高，產(chǎn)生的NOx排放就會(huì)多。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸進(jìn)入穩(wěn)定的怠速工況后，兩種策略下進(jìn)入缸內(nèi)的混合氣都會(huì)減少并趨于穩(wěn)定，因此，兩種策略下的NOx排放都會(huì)逐漸減少并趨于穩(wěn)定。在怠速工況，兩種策略下發(fā)動(dòng)機(jī)工況相似，因此NOx的排放也相等。

圖10 不同啟動(dòng)策略下C〇排放

圖11 不同啟動(dòng)策略下N〇x排放

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)城市工況中混合動(dòng)力頻繁停機(jī)/再起動(dòng)的特點(diǎn)提出了一種準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略，并試驗(yàn)研究了其起動(dòng)表現(xiàn)，試驗(yàn)結(jié)果與原機(jī)起動(dòng)策略相對(duì)比，主要的結(jié)論如下：準(zhǔn)恒速起動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)不需要通過(guò)缸內(nèi)燃燒來(lái)加速，因此，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始輸出功后轉(zhuǎn)速波動(dòng)明顯減小，起動(dòng)的瞬態(tài)特性削弱；相比于原機(jī)起動(dòng)，準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略下，進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合氣濃度更快地達(dá)到理論空燃比；準(zhǔn)恒速起動(dòng)的起動(dòng)階段減少了燃油消耗，節(jié)油性提升；準(zhǔn)恒速起動(dòng)策略下，起動(dòng)早期HC，CO和NOx排放明顯減少。

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