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面对日益严格的排放法规和燃油经济性要求,结合了汽油机的高功率和柴油机的高热效率低排放优势的GDI发动机应运而生。然而,GDI发动机处于冷起动工况时,缸内混合气燃烧不完全和缸外的宽频氧传感器和三元催化转化器均未能正常工作,从而导致UBHC排放较高。但与传统PFI发动机的UBHC排放相比具有降低30%的潜力,故研究GDI发动机冷起动的控制策略具有现实意义。结合国家“863”项目—“轿车直喷汽油机开发”,根据GDI发动机冷起动的特性和冷起动的基本要求,本文设计了相应的冷起动控制策略。首先,针对缸内原因,设计了低压燃油泵的控制,高压燃油泵的控制和电子节气门相对位置开度的控制。其中,利用MATLAB中提供的系统辨识工具箱辨识出了GDI发动机燃油供给系统的数学模型,并在Simulink提供的GUI中搭建了燃油轨压力模糊PID自适应闭环控制系统的仿真模型,将其仿真结果用于冷起动过程燃油轨压力闭环控制的设计。其次,针对缸外原因,计算了宽频氧传感器的加热时间和研究了三元催化转化器的起燃特性。并设计了宽频氧传感器的加热控制、两次喷油控制和空燃比的闭环控制。其中,设计了宽频氧传感器控制系统的硬件电路,并利用DXP2004软件绘制出实际应用的PCB电路板。最后,以课题组前期设计的ECU电控系统和实验台架为基础,结合宽频氧传感器的硬件处理电路和自主编写的冷起动控制策略程序,搭建了GDI发动机冷起动的实验平台,并进行了发动机冷起动控制策略相关方面的实验研究。GDI发动机冷起动的实验结果表明：1.采取模糊PID自适应控制器实现燃油轨压力闭环控制策略,5个发动机循环内轨压即可稳定在5MPa附近。2.采取空燃比闭环控制策略,过量空气系数控制精度为±1.2%,满足本文三元催化转化器对空燃比工作窗口的要求。3.采取压缩冲程喷油的分层启动控制策略,喷油正时与点火提前角对启动阶段影响较大。在本文实验条件下,最优的喷油正时为90°BTDC,最优的点火提前角为30°BTDC。4.采取稀燃和两次喷油的催化剂起燃阶段控制策略,推迟点火能力强、排气温度较高、催化剂起燃时间短和UBHC排放较低。且在第一次喷油正时为300°BTDC,第二次喷油结束相位为70°BTDC和点火提前角为15°ATDC时,最优的两次喷油脉宽比例为5：5。5.采取均质燃烧模式的暖机阶段控制策略,点火提前角对冷却液温度影响较大。在喷油正时为260°BTDC,最优的点火提前角为15°BTDC。6.采取各阶段最优控制参数控制策略的冷起动实验,启动电机294r/min时第一次喷油点火,发动机3个循环启动成功,催化剂起燃时间为38s和冷却液温度升高较快。并且总体的UBHC排放与前期实验相比降低19%,而转速波动率仅为6%。故本文设计的冷起动控制策略能够很好满足GDI发动机冷起动的总体要求。