淺析電控汽油機低溫冷起動控制原理

黃小剛

摘 要：本文從影響電噴汽油機低溫冷起動因素出發，分析電控汽油機冷起動控制原理并簡要說明電控標定如何有效降低各因素對低溫起動的影響。

關鍵詞：冷起動；電噴控制；策略；標定

1 緒論

汽油機低溫冷起動過程是現代汽油機排放產生的重要環節，也是日益嚴格的排放法規重點考核的項目之一。汽油發動機性能的好壞，不僅取決于發動機本身的技術狀況，還受到發動機冷起動控制策略等匹配標定的影響。電控汽油機低溫冷起動主要與起動時預控點火提前角、噴油量和進氣量、以及發動機所處于環境溫度息息有關。電控策略如若不能根據發動機實際情況進行很好的協調控制，會導致冷起動困難或不能起動，同時，溫度越低對發動機冷起動性能影響也就越大。

2 冷起動定義及評判標準

2.1 冷起動定義

冷啟動即車輛/發動機靜止于外界環境一段時間（一般大于8小時）后的起動，此時進氣系統及燃燒室無油膜積累，燃燒室的溫度與發動機水溫及機油溫度與環境溫度相同。

2.2 冷起動評判標準

（1）可靠的起動：車輛在預期投放的環境下都能夠成功起動；（2）低排放起動：盡可能地減少起動期間有害氣體的排放；（3）舒適的起動：起動到起動后，以及到怠速過渡平穩；（4）快速的起動：發動機從啟動電機嚙合到起動成功的時間必須滿足國家相應溫度點起動時間要求，并盡可能的縮短。

3 影響冷起動因素

影響冷起動的因數較多，但總結起來主要有軟件和硬件因素：（1）硬件因素主要指和冷起動相關的硬件，如機油、蓄電池、起動電機、燃油品質等。（2）軟件因素主要是指軟件中標定變量的控制。

硬件因素：

（1）機油因素。

發動機冷起動時，機油粘度大，根據葛德華的實驗，[1]當溫度由50℃降低到0℃時，機油粘度增大80～100倍。此時發動機各運動件阻力增大，相應需要起動電機的扭矩增大，在不考慮電流損失的前提下，發動機起動轉速會降低。

在低溫環境放置較長一段時間后進行起動，此時，由于發動機停機時間長，汽缸壁、軸頸等摩擦表面的機油幾乎流干，加之冷起動溫度低、機油粘度大，不可能短時間內將機油運輸至各摩擦表面，特別是靠飛濺潤滑的汽缸表面。因此冷起動時發動機各相對運動件的表面處于干摩擦或半干摩擦狀態，由于阻力大，起動轉速低，壓縮氣體在汽缸內的停留時間長，滲漏增多，致使燃油霧化變差，點火困難。

（2）蓄電池因素。

起動時，由于溫度低，蓄電池電解液對極板滲透能力下降，化學反應速度降低，蓄電池內阻增大，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]對在一臺風冷125ml單缸發動機進行實驗，目的為觀察在其他條件不變情況下，降低蓄電池電壓對起動拖動轉速的影響。實驗表明：當蓄電池電壓降低時，起動電機的拖動轉速降低，蓄電池電壓由12.8V下降到10.6V時，拖動轉速下降了近100r/min，此外，冷起動時起動電機的功率降低，同時火花塞的點火能量減弱，難于點燃混合氣體。

（3）燃油因素。

汽車冷起動時，發動機進氣管、汽缸壁和活塞都處于低溫狀態。由于進氣氣流流速小，汽油的霧化較差，特別是汽油中的重餾成分難以蒸發霧化，故冷起動時燃油霧化量僅有10%左右，難以形成理想的混合氣，所有燃油著火極其困難。

4 電控冷起動標定

4.1 燃油標定

溫度對燃油量的影響。一臺靜置較長時間的發動機，進氣歧管以及進氣道的壁面上燃油已經揮發殆盡，溫度也比較低，倪培永通過對一臺多點噴射汽油機建模數值分析，得出如下結論為：進氣溫度越高，同一時刻內燃油蒸發比例越大。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，蒸發速度就越快。另外，溫度越高，空氣分子運動速度加快，使得油滴在同樣的時間內接觸到的氣體分子數就增多，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速度。

起動結束后，發動機進入起動和暖機階段。隨著發動機著火燃燒，燃燒室和進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出來形成可燃混合氣，這又可能致混合氣偏濃。

4.2 點火提前角標定

在發動機氣缸中，從火花塞開始點火到著火燃燒需要一定的時間。為了使汽油機能夠獲得較好的性能，點火不能在壓縮時刻進行，而必須有一定的點火提前。即點火必須在最佳時刻進行，點火的時刻使用點火提前角來表示。

點火提前角是指從點火時刻開始起到活塞到達壓縮上止點這段時間內，曲軸轉過的角度。影響最佳點火角的影響因素較多，如發動機轉速、燃燒室的形狀、空燃比、油品、負荷等。汽油機低溫起動時，由于燃燒室溫度低，燃油霧化和蒸發性能變差，缸內擾流變慢及殘留廢棄系數較多等因素，使得起動的前幾個循環存在一缸或幾缸失火情況，從而導致燃燒緩慢且變得不穩定。因此起動前的點火角通常選取稍大一些，但不能過大，因為過大會使活塞上行阻力太大，不利于起動。如若點火角選取過小，燃燒產物的膨脹比將減小，這將不利于轉速的爬升。從而影響起動性能。

因此，起動點火角對發動機起動性能的影響較大。為能獲取最佳的發動機起動性能，我們要根據發動機的各個工況下的水溫及轉速，對點火角進行優化。

5 結語

綜上所述，電控汽油機冷起動是一個十分復雜的非線性運動過程，而低溫冷起動的電控標定過程就更加復雜。因此低溫冷起動的電噴匹配控制必須全面考慮進氣溫度、進氣量、點火角、汽油品質等因素的影響，根據發動機的技術水平和實際運行工況，優化電控汽油機低溫冷起動的控制策，從而使發動機的低溫冷起動性能達到最佳。

參考文獻：

[1]葛德華.談談發動機冷起動[J].汽車運用，2001（12）1-6.

[2]周龍保，等.內燃機學.第二版[M].北京：機械工業出版社，2005.

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