发动机停车熄火是混合动力汽车实现节能减排的重要措施之一,混合动力汽车在运行时会频繁地起动/停机。混合动力汽车发动机起动是先由电机将发动机快速拖动至怠速转速或高于怠速转速然后再喷油点火,在起动过程中由于发动机转速和进气道压力的剧烈变化,起动工况的瞬态特性十分突出,如果控制不当极易造成燃烧和排放性能的恶化。此外,由于汽油燃料的层流火焰速度较慢,汽油机在低负荷及起动瞬态工况中会有燃油经济性差,循环变动大,有害排放高的问题。甲醇作为一种常见的代用燃料,由于其良好的燃烧和排放特性,在改善汽油机相应工况运行性能方面具有很大的应用潜力。针对上述问题,本文基于快速原型开发系统搭建了旨在降低起动转速瞬态波动的混合动力汽车发动机准恒速起动控制算法,在一台改造的甲醇汽油灵活燃料汽油机上研究了准恒速起动控制策略对发动机热机起动燃烧和排放特性的影响。为了确定准恒速起动的控制参数,同时也为了探究甲醇对汽油机低负荷工况燃烧和排放特性的影响,首先进行了甲醇汽油发动机怠速性能试验。研究结果表明,发动机燃用甲醇时的指示热效率在理论空燃比和稀燃工况下都比燃用汽油时高,并且随着过量空气系数的增大,呈现出单调递增的变化趋势;甲醇有利于加快缸内混合气的燃烧速度,缩短火焰发展期和快速燃烧期;由于甲醇较快的层流火焰速度和较宽的稀燃界限,与汽油相比,发动机燃用甲醇时的平均指示压力的循环变动系数较低,并且随着过量空气系数的增加也只是小幅增大;甲醇有助于降低发动机怠速稀燃工况下的HC、CO和NOx排放;甲醇较好的怠速性能试验结果表明甲醇在改善准恒速起动燃烧和排放特性方面具有较大的应用潜力。其次,研究了不同边界条件对发动机准恒速起动首循环燃烧特性的影响。研究结果发现,由于进气压力较低,燃油蒸发条件较好,高起动转速有利于在较少喷油量的情况下实现首循环成功着火,并且有利于降低首循环的峰值压力和缩短火焰发展期和快速燃烧期;甲醇的分子扩散速率和层流火焰速度比汽油快,因此在首循环喷射当量比较小时,甲醇有助于改善首循环的着火做功能力,缩短火焰发展期和快速燃烧期;进气门正时对首循环燃烧特性的影响主要体现在燃油的蒸发雾化能力和进气量两个方面:进气门延迟开启时,活塞处于下行状态,缸内存在一定真空度,有利于燃油的雾化与扩撒,而进气门提前开启则会使得首循环的进气量增加,缸内燃烧速度增快,峰值压力增大。最后,针对混合动力汽车发动机准恒速起动特性进行了试验研究。研究结果发现,准恒速起动策略能够显著降低发动机起动过程中的转速超调和缸内燃烧峰值压力,缩短混合气浓度向理论空燃比的过渡时间,并且有助于降低HC、CO和NOx排放;高起动转速有利于降低准恒速起动过程的转速波动,减少HC和NOx排放,但不同转速起动时的CO排放并没有表现出明显的差异;由于甲醇较好的混合气形成特性和较快的层流火焰速度,发动机燃用甲醇起动时燃烧稳定性提高,各循环的能量消耗降低,HC、CO和NOx排放减少;首循环喷油量对起动阶段后续循环混合气浓度的影响主要集中在前5循环。通过对前5循环采用基于循环的稀燃喷油优化策略后,试验发动机起动过程中的转速超调值降低,HC排放减少。