[发明专利]一种可变残余废气率的汽油机冷启动燃烧改善方法

说明书

本发明公开了一种可变残余废气率的汽油机冷启动燃烧改善方法，以改善冷启动阶段的燃烧及排放的状况。汽油机是一台至少每缸均配有火花塞、缸内直接喷油器以及至少一个进气门和一个排气门的电控可变气门机构的四冲程汽油机；该汽油机冷启动工况下，当启动环境温度低于25℃时，在汽油机负气门重叠期喷射燃油，利用废气能量促进燃油雾化乃至进行燃油重整反应，进而提高缸内温度，显著提高启动工况燃料的可燃性和火焰传播速度，改善污染物排放；当启动环境温度高于25℃时，采用零气门重叠角的直喷策略启动。本发明可有效降低冷启动阶段的燃烧和排放状况，提升了寒冷地区的汽油机启动性能。

技术领域

本发明涉及一种汽油机冷启动工况的燃烧控制方法。

背景技术

汽油机冷启动是燃烧过程最恶劣的工况。配有三效催化后处理器的汽油机在美国联邦测试规程FTP75中，80％的HC、CO排放来自冷启动阶段。燃油空气混合气的浓度、温度及混合程度，燃烧反应的程度等，都将对汽油机在冷启动过程中的燃烧过程产生显著的影响。为了汽油机快速起动，启动过程中需要提供过量燃油，弥补燃油雾化、混合效果差引起不易点燃的问题，从而形成很浓的混合气，进而引起大量的不完全氧化产物排放甚至是未燃燃油排放。在高寒地区，这一问题显得更为突出，甚至出现点火困难引发无法着火启动的问题，启动过程中排放也会更加恶化。因此，汽油机冷启动的排放控制面临很大的挑战。

目前，国内外关于汽油机冷启动的研究主要采用控制补偿油量的方法对缸内形成的可燃混合气浓度进行优化，包括：缸内油膜和燃油蒸发的建模、环境温度的补偿、冷启动空燃比模型等，这些方法虽然可以通过补足燃油供给量的方式，保证启动着火的可靠性。其主要思想还是期望快速起燃可以缩短启动所用时间，提高汽油机的工作温度，使其尽早进入正常工作模式，但仍无法解决冷启动状态下大量未雾化或不完全燃烧的燃油造成的高油消耗和排放问题。针对启动过程中油耗和排放控制问题，当前的研究主要以储集启动工况的排放尾气、然后集中处理方式为主，但在实际中却存在重量超支、安装空间有限、费效比低和成本增加等难题。因此，开展汽油机启动过程中快速有效的燃油和排放控制方法有重要的应用需求和现实意义。

发明内容

针对现有技术，为了改善汽油机冷启动排放问题，本发明提供了一种可变残余废气率的汽油机冷启动燃烧改善方法，该方法适用于同时具有火花点火、缸内直接喷射燃油、可变气门机构的四冲程汽油机，即该汽油机应具有的具体功能为：可以通过所述可变气门运动形成负气门重叠期：即当排气门关闭时刻处于进气门开启时刻之前，排气门关闭时刻至进气门开启时刻这段期间；通过缸内直接喷射方式可以在负气门重叠期，向存有废气的缸内进行喷油，具体油量由启动温度决定；利用废气的热量改善冷启动时燃油雾化差的问题，当废气温度升高并引发负气门重叠期内缸内温度升高到一定程度后(压缩上止点时缸内温度达到800K)，高温废气还可引发直喷燃油发生重整反应，生成更易着火的小分子碳氢或含氧化合物；在合理的时刻使用火花点火的方式可以点燃混合气。

启动工况中首个喷油循环，可以通过负气门重叠方式存留上个未喷油循环中经过压缩的空气，从而提高首个喷油循环中燃油和新鲜空气混合时的缸内温度，改善循环燃油雾化的速率。通过负气门重叠策略在启动过程中不断存留前一个循环产生的废气，实现热量的累积，在进一步提高燃油和空气混合时缸内温度的基础上，利用废气中存留的不完全燃烧产物，提高缸内混合气的可燃性和燃烧的完全性。随着启动过程的进行，由于存留废气在循环间存在传递和积累作用，在接下来的循环中负重叠期内缸内温度不断提升，混合气的雾化条件持续改善，雾化速率持续提升，燃烧的完全性也持续改善。

当负气门重叠期内缸内温度达到或超过800K时，在高温作用下雾化的燃油会发生裂解反应生成小分子碳氢，并可进一步与废气存留的不完全氧化产物以及残氧发生反应，产生更进一步的小分子含氧化合物，显著提高与空气混合后的可燃物混合气的可燃性和火焰传播速度，使得燃烧的稳定性和完全性均得到提高，经济性改善，污染物排放降低。