淺析電控汽油機(jī)低溫冷起動(dòng)控制原理

黃小剛

摘 要：本文從影響電噴汽油機(jī)低溫冷起動(dòng)因素出發(fā)，分析電控汽油機(jī)冷起動(dòng)控制原理并簡(jiǎn)要說明電控標(biāo)定如何有效降低各因素對(duì)低溫起動(dòng)的影響。

關(guān)鍵詞：冷起動(dòng)；電噴控制；策略；標(biāo)定

1 緒論

汽油機(jī)低溫冷起動(dòng)過程是現(xiàn)代汽油機(jī)排放產(chǎn)生的重要環(huán)節(jié)，也是日益嚴(yán)格的排放法規(guī)重點(diǎn)考核的項(xiàng)目之一。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)性能的好壞，不僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)本身的技術(shù)狀況，還受到發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)控制策略等匹配標(biāo)定的影響。電控汽油機(jī)低溫冷起動(dòng)主要與起動(dòng)時(shí)預(yù)控點(diǎn)火提前角、噴油量和進(jìn)氣量、以及發(fā)動(dòng)機(jī)所處于環(huán)境溫度息息有關(guān)。電控策略如若不能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際情況進(jìn)行很好的協(xié)調(diào)控制，會(huì)導(dǎo)致冷起動(dòng)困難或不能起動(dòng)，同時(shí)，溫度越低對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)性能影響也就越大。

2 冷起動(dòng)定義及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

2.1 冷起動(dòng)定義

冷啟動(dòng)即車輛/發(fā)動(dòng)機(jī)靜止于外界環(huán)境一段時(shí)間（一般大于8小時(shí)）后的起動(dòng)，此時(shí)進(jìn)氣系統(tǒng)及燃燒室無油膜積累，燃燒室的溫度與發(fā)動(dòng)機(jī)水溫及機(jī)油溫度與環(huán)境溫度相同。

2.2 冷起動(dòng)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

（1）可靠的起動(dòng)：車輛在預(yù)期投放的環(huán)境下都能夠成功起動(dòng)；（2）低排放起動(dòng)：盡可能地減少起動(dòng)期間有害氣體的排放；（3）舒適的起動(dòng)：起動(dòng)到起動(dòng)后，以及到怠速過渡平穩(wěn)；（4）快速的起動(dòng)：發(fā)動(dòng)機(jī)從啟動(dòng)電機(jī)嚙合到起動(dòng)成功的時(shí)間必須滿足國(guó)家相應(yīng)溫度點(diǎn)起動(dòng)時(shí)間要求，并盡可能的縮短。

3 影響冷起動(dòng)因素

影響冷起動(dòng)的因數(shù)較多，但總結(jié)起來主要有軟件和硬件因素：（1）硬件因素主要指和冷起動(dòng)相關(guān)的硬件，如機(jī)油、蓄電池、起動(dòng)電機(jī)、燃油品質(zhì)等。（2）軟件因素主要是指軟件中標(biāo)定變量的控制。

硬件因素：

（1）機(jī)油因素。

發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)，機(jī)油粘度大，根據(jù)葛德華的實(shí)驗(yàn)，[1]當(dāng)溫度由50℃降低到0℃時(shí)，機(jī)油粘度增大80～100倍。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)件阻力增大，相應(yīng)需要起動(dòng)電機(jī)的扭矩增大，在不考慮電流損失的前提下，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速會(huì)降低。

在低溫環(huán)境放置較長(zhǎng)一段時(shí)間后進(jìn)行起動(dòng)，此時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，汽缸壁、軸頸等摩擦表面的機(jī)油幾乎流干，加之冷起動(dòng)溫度低、機(jī)油粘度大，不可能短時(shí)間內(nèi)將機(jī)油運(yùn)輸至各摩擦表面，特別是靠飛濺潤(rùn)滑的汽缸表面。因此冷起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)各相對(duì)運(yùn)動(dòng)件的表面處于干摩擦或半干摩擦狀態(tài)，由于阻力大，起動(dòng)轉(zhuǎn)速低，壓縮氣體在汽缸內(nèi)的停留時(shí)間長(zhǎng)，滲漏增多，致使燃油霧化變差，點(diǎn)火困難。

（2）蓄電池因素。

起動(dòng)時(shí)，由于溫度低，蓄電池電解液對(duì)極板滲透能力下降，化學(xué)反應(yīng)速度降低，蓄電池內(nèi)阻增大，端電壓和容量降低。一般情況下，溫度降低1℃，緩慢放電其容量約減少1%，迅速放電約減少2%。劉志敏等人[3]對(duì)在一臺(tái)風(fēng)冷125ml單缸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，目的為觀察在其他條件不變情況下，降低蓄電池電壓對(duì)起動(dòng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速的影響。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)蓄電池電壓降低時(shí)，起動(dòng)電機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)速降低，蓄電池電壓由12.8V下降到10.6V時(shí)，拖動(dòng)轉(zhuǎn)速下降了近100r/min，此外，冷起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電機(jī)的功率降低，同時(shí)火花塞的點(diǎn)火能量減弱，難于點(diǎn)燃混合氣體。

（3）燃油因素。

汽車?yán)淦饎?dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管、汽缸壁和活塞都處于低溫狀態(tài)。由于進(jìn)氣氣流流速小，汽油的霧化較差，特別是汽油中的重餾成分難以蒸發(fā)霧化，故冷起動(dòng)時(shí)燃油霧化量?jī)H有10%左右，難以形成理想的混合氣，所有燃油著火極其困難。

4 電控冷起動(dòng)標(biāo)定

4.1 燃油標(biāo)定

溫度對(duì)燃油量的影響。一臺(tái)靜置較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣歧管以及進(jìn)氣道的壁面上燃油已經(jīng)揮發(fā)殆盡，溫度也比較低，倪培永通過對(duì)一臺(tái)多點(diǎn)噴射汽油機(jī)建模數(shù)值分析，得出如下結(jié)論為：進(jìn)氣溫度越高，同一時(shí)刻內(nèi)燃油蒸發(fā)比例越大。燃油從噴嘴噴出霧化后形成油滴，從周圍空氣中吸取熱量，空氣溫度越高，油滴吸熱越迅速，蒸發(fā)速度就越快。另外，溫度越高，空氣分子運(yùn)動(dòng)速度加快，使得油滴在同樣的時(shí)間內(nèi)接觸到的氣體分子數(shù)就增多，這樣就加快了空氣向油滴的傳熱速度從而加快了油滴的蒸發(fā)速度。

起動(dòng)結(jié)束后，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入起動(dòng)和暖機(jī)階段。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)著火燃燒，燃燒室和進(jìn)氣道的溫度開始上升，油膜損失逐漸減小，由此所形成的油膜中還有一部分揮發(fā)出來形成可燃混合氣，這又可能致混合氣偏濃。

4.2 點(diǎn)火提前角標(biāo)定

在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中，從火花塞開始點(diǎn)火到著火燃燒需要一定的時(shí)間。為了使汽油機(jī)能夠獲得較好的性能，點(diǎn)火不能在壓縮時(shí)刻進(jìn)行，而必須有一定的點(diǎn)火提前。即點(diǎn)火必須在最佳時(shí)刻進(jìn)行，點(diǎn)火的時(shí)刻使用點(diǎn)火提前角來表示。

點(diǎn)火提前角是指從點(diǎn)火時(shí)刻開始起到活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)，曲軸轉(zhuǎn)過的角度。影響最佳點(diǎn)火角的影響因素較多，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃燒室的形狀、空燃比、油品、負(fù)荷等。汽油機(jī)低溫起動(dòng)時(shí)，由于燃燒室溫度低，燃油霧化和蒸發(fā)性能變差，缸內(nèi)擾流變慢及殘留廢棄系數(shù)較多等因素，使得起動(dòng)的前幾個(gè)循環(huán)存在一缸或幾缸失火情況，從而導(dǎo)致燃燒緩慢且變得不穩(wěn)定。因此起動(dòng)前的點(diǎn)火角通常選取稍大一些，但不能過大，因?yàn)檫^大會(huì)使活塞上行阻力太大，不利于起動(dòng)。如若點(diǎn)火角選取過小，燃燒產(chǎn)物的膨脹比將減小，這將不利于轉(zhuǎn)速的爬升。從而影響起動(dòng)性能。

因此，起動(dòng)點(diǎn)火角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的影響較大。為能獲取最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能，我們要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)工況下的水溫及轉(zhuǎn)速，對(duì)點(diǎn)火角進(jìn)行優(yōu)化。

5 結(jié)語

綜上所述，電控汽油機(jī)冷起動(dòng)是一個(gè)十分復(fù)雜的非線性運(yùn)動(dòng)過程，而低溫冷起動(dòng)的電控標(biāo)定過程就更加復(fù)雜。因此低溫冷起動(dòng)的電噴匹配控制必須全面考慮進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣量、點(diǎn)火角、汽油品質(zhì)等因素的影響，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)水平和實(shí)際運(yùn)行工況，優(yōu)化電控汽油機(jī)低溫冷起動(dòng)的控制策，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫冷起動(dòng)性能達(dá)到最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛德華.談?wù)劙l(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)[J].汽車運(yùn)用，2001（12）1-6.

[2]周龍保，等.內(nèi)燃機(jī)學(xué).第二版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]劉志敏，等.基于首次著火循環(huán)的低溫冷啟動(dòng)特性.燃燒科學(xué)與技術(shù)，2005，30（12）554-559.