浅析电控汽油机低温冷起动控制原理

黄小刚

摘 要：本文从影响电喷汽油机低温冷起动因素出发，分析电控汽油机冷起动控制原理并简要說明电控标定如何有效降低各因素对低温起动的影响。

关键词：冷起动；电喷控制；策略；标定

1 绪论

汽油机低温冷起动过程是现代汽油机排放产生的重要环节，也是日益严格的排放法规重点考核的项目之一。汽油发动机性能的好坏，不仅取决于发动机本身的技术状况，还受到发动机冷起动控制策略等匹配标定的影响。电控汽油机低温冷起动主要与起动时预控点火提前角、喷油量和进气量、以及发动机所处于环境温度息息有关。电控策略如若不能根据发动机实际情况进行很好的协调控制，会导致冷起动困难或不能起动，同时，温度越低对发动机冷起动性能影响也就越大。

2 冷起动定义及评判标准

2.1 冷起动定义

冷启动即车辆/发动机静止于外界环境一段时间（一般大于8小时）后的起动，此时进气系统及燃烧室无油膜积累，燃烧室的温度与发动机水温及机油温度与环境温度相同。

2.2 冷起动评判标准

（1）可靠的起动：车辆在预期投放的环境下都能够成功起动；（2）低排放起动：尽可能地减少起动期间有害气体的排放；（3）舒适的起动：起动到起动后，以及到怠速过渡平稳；（4）快速的起动：发动机从启动电机啮合到起动成功的时间必须满足国家相应温度点起动时间要求，并尽可能的缩短。

3 影响冷起动因素

影响冷起动的因数较多，但总结起来主要有软件和硬件因素：（1）硬件因素主要指和冷起动相关的硬件，如机油、蓄电池、起动电机、燃油品质等。（2）软件因素主要是指软件中标定变量的控制。

硬件因素：

（1）机油因素。

发动机冷起动时，机油粘度大，根据葛德华的实验，[1]当温度由50℃降低到0℃时，机油粘度增大80～100倍。此时发动机各运动件阻力增大，相应需要起动电机的扭矩增大，在不考虑电流损失的前提下，发动机起动转速会降低。

在低温环境放置较长一段时间后进行起动，此时，由于发动机停机时间长，汽缸壁、轴颈等摩擦表面的机油几乎流干，加之冷起动温度低、机油粘度大，不可能短时间内将机油运输至各摩擦表面，特别是靠飞溅润滑的汽缸表面。因此冷起动时发动机各相对运动件的表面处于干摩擦或半干摩擦状态，由于阻力大，起动转速低，压缩气体在汽缸内的停留时间长，渗漏增多，致使燃油雾化变差，点火困难。

（2）蓄电池因素。

起动时，由于温度低，蓄电池电解液对极板渗透能力下降，化学反应速度降低，蓄电池内阻增大，端电压和容量降低。一般情况下，温度降低1℃，缓慢放电其容量约减少1%，迅速放电约减少2%。刘志敏等人[3]对在一台风冷125ml单缸发动机进行实验，目的为观察在其他条件不变情况下，降低蓄电池电压对起动拖动转速的影响。实验表明：当蓄电池电压降低时，起动电机的拖动转速降低，蓄电池电压由12.8V下降到10.6V时，拖动转速下降了近100r/min，此外，冷起动时起动电机的功率降低，同时火花塞的点火能量减弱，难于点燃混合气体。

（3）燃油因素。

汽车冷起动时，发动机进气管、汽缸壁和活塞都处于低温状态。由于进气气流流速小，汽油的雾化较差，特别是汽油中的重馏成分难以蒸发雾化，故冷起动时燃油雾化量仅有10%左右，难以形成理想的混合气，所有燃油着火极其困难。

4 电控冷起动标定

4.1 燃油标定

温度对燃油量的影响。一台静置较长时间的发动机，进气歧管以及进气道的壁面上燃油已经挥发殆尽，温度也比较低，倪培永通过对一台多点喷射汽油机建模数值分析，得出如下结论为：进气温度越高，同一时刻内燃油蒸发比例越大。燃油从喷嘴喷出雾化后形成油滴，从周围空气中吸取热量，空气温度越高，油滴吸热越迅速，蒸发速度就越快。另外，温度越高，空气分子运动速度加快，使得油滴在同样的时间内接触到的气体分子数就增多，这样就加快了空气向油滴的传热速度从而加快了油滴的蒸发速度。

起动结束后，发动机进入起动和暖机阶段。随着发动机着火燃烧，燃烧室和进气道的温度开始上升，油膜损失逐渐减小，由此所形成的油膜中还有一部分挥发出来形成可燃混合气，这又可能致混合气偏浓。

4.2 点火提前角标定

在发动机气缸中，从火花塞开始点火到着火燃烧需要一定的时间。为了使汽油机能够获得较好的性能，点火不能在压缩时刻进行，而必须有一定的点火提前。即点火必须在最佳时刻进行，点火的时刻使用点火提前角来表示。

点火提前角是指从点火时刻开始起到活塞到达压缩上止点这段时间内，曲轴转过的角度。影响最佳点火角的影响因素较多，如发动机转速、燃烧室的形状、空燃比、油品、负荷等。汽油机低温起动时，由于燃烧室温度低，燃油雾化和蒸发性能变差，缸内扰流变慢及残留废弃系数较多等因素，使得起动的前几个循环存在一缸或几缸失火情况，从而导致燃烧缓慢且变得不稳定。因此起动前的点火角通常选取稍大一些，但不能过大，因为过大会使活塞上行阻力太大，不利于起动。如若点火角选取过小，燃烧产物的膨胀比将减小，这将不利于转速的爬升。从而影响起动性能。

因此，起动点火角对发动机起动性能的影响较大。为能获取最佳的发动机起动性能，我们要根据发动机的各个工况下的水温及转速，对点火角进行优化。

5 结语

综上所述，电控汽油机冷起动是一个十分复杂的非线性运动过程，而低温冷起动的电控标定过程就更加复杂。因此低温冷起动的电喷匹配控制必须全面考虑进气温度、进气量、点火角、汽油品质等因素的影响，根据发动机的技术水平和实际运行工况，优化电控汽油机低温冷起动的控制策，从而使发动机的低温冷起动性能达到最佳。

参考文献：

[1]葛德华.谈谈发动机冷起动[J].汽车运用，2001（12）1-6.

[2]周龙保，等.内燃机学.第二版[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]刘志敏，等.基于首次着火循环的低温冷启动特性.燃烧科学与技术，2005，30（12）554-559.