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随着全球环保意识的提高和汽车排放标准的不断加强，压燃发动机冷启动排放优化研究正成为汽车工程领域的一个关键议题。
在传统的内燃机技术中，冷启动时的排放问题一直是一个挑战，特别是对于压燃发动机。压燃发动机作为一种高效且环保潜力巨大的技术，正受到越来越多的关注和研究。
文章中提到了一系列措施，包括内部发动机措施和外部措施，用于实现快速的发动机升温和排放后处理系统的启动。
通过优化燃烧系统和喷射策略，以及考虑涡流和钢轨压力的影响，研究展示了在冷启动条件下达到低排放的可能性。
压燃发动机冷启动排放优化研究
本研究在具有大约0.5升工作容积的最新压燃单缸研究发动机（SCRE）上进行，并加以稳态冷启动条件下的实验，该发动机代表了典型的乘用车气缸尺寸。
它的冷却进气温度可达-8°C，低冷却液和润滑油温度代表了接近实际的冷启动情况，为了模拟典型4缸乘用车发动机在冷启动时更高的摩擦，指示平均有效压力（IMEP）根据专门开发的方程式增加，同时持续求解涡轮增压器主要方程式以调整气体交换损失。
为了考虑未来可能更严格的排放法规，除了有限的排放气体排放外，还测量了非受限排放物，如羰基化合物。
由于替代燃料能够显著促进交通领域的非化石燃料化，因此我们还研究了一种含氧燃料，由100％的可再生混合组分组成，符合EN 590法规，并在相同的冷启动条件下进行了研究，以及对传统柴油燃料的研究。
实际行驶排放（RDE）法规的引入，包括城市、城外和高速道路驾驶，为所有汽车制造商带来了额外的挑战——实现由不利的点火条件引起的CO2排放。
在冷启动和排放后处理系统（EAS）达到工作温度之间的时间内，以实现足够的转化效率，发动机低排放对于遵守排放限值至关重要。
因此，内部发动机措施应确保低的发动机排放和快速的排放后处理系统启动，这些相互矛盾的要求需要一个精确优化的燃烧系统，并强调了整体方法的必要性。
为了实现快速的发动机和排放后处理系统升温，可以采用几种方法：内部措施，如具有早期排气门开启的气门传动可变性或进气门重新开启有助于增加冷启动时的排放气温。
此外，使用热障涂层和专用燃烧模式有助于加快发动机升温，热措施如可变冷却液流、分流冷却回路、润滑油流转或预热冷却液。
或者使用外部措施，如电加热催化剂，缩短了排放后处理系统达到启动温度的时间，从而改善了冷启动时的排放行为。
然而，在本研究中，直接与燃烧相关的参数，无论是燃烧硬件还是校准方面，都在进行调查，压燃发动机冷启动排放行为的综合研究方法也被我们自己探究出来了。
从冷启动发动机操作的基础开始，优化预喷射策略，研究涡流和共轨压力的影响，然后使用SCRE进行了不同喷油嘴孔径和孔数的效果研究。
正如众多研究所示，在压燃发动机中使用非化石燃料与柴油相比可以改善排放行为，所以在最佳喷油嘴设计的冷条件下，我们开始对这种燃料混合物进行了研究，实验结果通过0d燃烧分析进行了分析，以深入了解排放行为。
所有实验工作都是在一台最先进的SCRE上进行的，其扫气容积约为0.5升，代表了典型乘用车汽缸尺寸。
SCRE的试验运行在保持稳态冷条件下进行，这提供了稳定且可重复的测量操作，为了模拟完整发动机的气体交换，我们开始持续求解涡轮增压器的主方程。
本研究根据该方程，通过使用排气法兰调整了排气压力，为了准备未来的排放法规，还对甲醛（FA）和乙醛（AD）进行了测量。
根据研究，这两种组分在柴油排放气中占有很大份额，且目前尚未受到法律限制，在后来的章节中我们会讨论FA排放趋势，为何能作为代表性碳酰化合物的主要代表。
旋流和钢轨压力的影响
本研究由于未对单点喷射策略进行调整和优化，较长的喷雾燃烧持续时间导致较高的预混合燃烧速率，从而产生较大的压力梯度。
基于我们的损失分析，最终描绘出了冷热发动机运行之间的效率差异，在冷启动运行中，较高的充气空气密度导致实际气缸充气循环的效率略有增加。
较高的未燃排放导致较高的不完全燃烧损失，由于燃烧持续时间较短，实际燃烧损失减少，在冷启动运行中，壁面热损失不会因较高的发动机负荷而增加，这是由于FMEP的增加。
冷启动运行中较低的排气温度导致较高的气体交换损失，机械损失由于更高的FMEP而发生了最大变化。
在冷启动运行中，由于较长的喷雾燃烧持续时间导致较高的CNL，单点喷射策略变得尤为重要，这可以通过优化单点喷射策略来抵消。
使用单点喷射策略在冷启动运行中需要更高的主喷射量，才能实现与热启动运行中大致相同的主喷射转化率。
然而，由于冷启动运行中不利的点火条件，主喷射的ROHR急剧上升，导致CNL远高于热启动运行。
与单点喷射相比，使用适度的双点喷射策略可以实现较低的CNL，双点喷射策略的较长燃烧持续时间使得相对于单点喷射而言，指示效率降低。
由于在冷启动短时间内CNL的优先级较高于发动机效率，因此下文将讨论最佳的双点喷射策略。
在随后的所有结果中，我们都采用了未经冷却的EGR通过SCRE上的EGR冷却器，说明了在恒定MFB50和噪声排放的情况下，双点喷射策略的点火量扫描是十分可行的。
与此相反，该点火策略导致了最高的CO和FA排放，基于这些测量结果，需要在不完全燃烧产物和NOx之间进行权衡。
在恒定的目标NOx排放条件下，双点喷射策略的点火量也随着EGR的变化而变化，使用较大的点火量2时，由于最大放热速率降低，需要较低的EGR率。
因此，尽管主喷射的燃烧持续时间较短且总的点火燃料量1较高，烟雾排放不会增加，使用较大的点火量会导致主喷射的燃烧持续时间缩短，从而导致更高的烟雾排放。
早期放热量的上升，既可以由较大的点火量1引起，也可以由点火量2过高引起，会导致燃烧噪声的增加。
与无EGR的测量类似，小的点火量1结合本例中的3.5-4.5毫克的点火量2会产生最低的噪声，但未燃排放相当高。
从这种相互冲突的排放趋势中，可以得出FA-CNL权衡，为了清晰起见，生成所示权衡的测量点仅使用中等点火量1（2和3毫克）。
假设高缸压上升，由高初始燃烧速率引起，会导致更完全的燃烧。此外，通过在恒定液压流量下使用喷油嘴孔数增加的喷射器喷孔，可以改善FA-CNL权衡，因为较小的喷孔直径可以改善燃油雾化，从而改善混合物制备。
替代燃料的排放
针对冷启动运行优化的双点喷射策略导致了在冷启动运行中由于较高的点火量和不利的点火条件而轻微增加的烟雾排放。
与热启动运行中的单点喷射相比，随着涡流的增加，由于更高的缸内湍流，烟雾排放减少，导致了轻微的过度涡流效应，最终再次增加了烟雾排放。
然而，实验显示的关键结果是，趋势以及最佳涡流水平对于两种运行条件都是相同的。
研究中显示的轨压扫描也显示了冷热发动机运行中相似的轨压行为，由于更高的轨压，由于更高的缸压梯度，燃烧噪声增加，却可以改善燃油雾化导致更低的烟雾排放。
除了讨论的发动机校准效果外，我们还研究了用于优化冷启动排放行为的喷射设备硬件，在双点喷射策略下，分别针对冷启动和热启动优化的EGR扫描。
在冷启动运行中由于更高的FMEP和由低冷却空气温度引起的较低排气温度而导致的较低热效率。
增加喷油嘴孔数不会显着影响热效率。只发现了轻微的指示效率恶化，这可能是由于较低的喷射喷流动量导致注射喷流的穿透度较浅所致。
使用双点喷射策略可以在冷启动运行中实现类似的燃烧噪声，但在相同的喷油嘴孔数下，NOxx的产生量会变得更大，更好的燃油雾化和较多数量的小喷油嘴孔数的改善混合物制备，最终导致了更低的NOxx。
由于之前研究的措施改善了冷启动排放，因此还研究了在保持喷油嘴孔数不变的情况下，较大喷孔直径带来的更高喷射动量的影响。
实验中呈现了使用较大喷油嘴孔径的结果，其中个体也使用了针对低烟雾排放进行了个体优化的双点喷射策略。
较高的液压喷射流量导致了较高的最大ROHR，并且在相同的MFB50的情况下，缸压上升的时间较晚，可能有助于改善BTE。
排气温度略有增加，这是由于更长的燃烧完全阶段，可能是初始燃油制备恶化和壁面喷射的结果，ROHR显示在燃烧完全阶段燃烧延迟，这支持了较大孔径下不同的火焰-壁面交互作用的假设，以及燃油雾化较差，导致更高的未燃排放。
在前述研究中找到的最佳喷油嘴设计的基础上，我们还对未来可能替代柴油的替代燃料Blend-3的冷启动排放进行了研究。
双点喷射策略针对柴油进行了低CNL优化，并对Blend-3进行了调整，以在大致相同的CNL下比较两种燃料。
通过损失分析我们可以发现，由于较高的壁面散热损失，Blend-3的效率降低。据推测，燃料中的氧含量导致由于氧与惰性气体比例较高而导致更高的燃烧温度，从而产生更高的NOx2。
在噪音排放量大致相同的情况下，NOxx2-烟雾权衡以及其他权衡在冷操作中很重要，因此，这种混合物对于原料和二氧化碳具有巨大的潜力。
本研究调查了潜在的发动机措施，以优化使用柴油和替代燃料的 CI 发动机冷机运行期间的排放行为。
通过多种策略和实验，为压燃发动机冷启动排放优化提供了有价值的见解，并为未来的研究和发展方向提供了基础。
随着可持续性和环保要求的不断增加，压燃发动机的冷启动排放优化将持续成为汽车工程领域的热门话题。
