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隨著全球環保意識的提高和汽車排放標準的不斷加強，壓燃發動機冷啟動排放優化研究正成為汽車工程領域的一個關鍵議題。
在傳統的內燃機技術中，冷啟動時的排放問題一直是一個挑戰，特別是對於壓燃發動機。壓燃發動機作為一種高效且環保潛力巨大的技術，正受到越來越多的關注和研究。
文章中提到了一系列措施，包括內部發動機措施和外部措施，用於實現快速的發動機升溫和排放後處理系統的啟動。
通過優化燃燒系統和噴射策略，以及考慮渦流和鋼軌壓力的影響，研究展示了在冷啟動條件下達到低排放的可能性。
壓燃發動機冷啟動排放優化研究
本研究在具有大約0.5升工作容積的最新壓燃單缸研究發動機（SCRE）上進行，並加以穩態冷啟動條件下的實驗，該發動機代表了典型的乘用車氣缸尺寸。
它的冷卻進氣溫度可達-8°C，低冷卻液和潤滑油溫度代表了接近實際的冷啟動情況，為了模擬典型4缸乘用車發動機在冷啟動時更高的摩擦，指示平均有效壓力（IMEP）根據專門開發的方程式增加，同時持續求解渦輪增壓器主要方程式以調整氣體交換損失。
為了考慮未來可能更嚴格的排放法規，除了有限的排放氣體排放外，還測量了非受限排放物，如羰基化合物。
由於替代燃料能夠顯著促進交通領域的非化石燃料化，因此我們還研究了一種含氧燃料，由100％的可再生混合組分組成，符合EN 590法規，並在相同的冷啟動條件下進行了研究，以及對傳統柴油燃料的研究。
實際行駛排放（RDE）法規的引入，包括城市、城外和高速道路駕駛，為所有汽車製造商帶來了額外的挑戰——實現由不利的點火條件引起的CO2排放。
在冷啟動和排放後處理系統（EAS）達到工作溫度之間的時間內，以實現足夠的轉化效率，發動機低排放對於遵守排放限值至關重要。
因此，內部發動機措施應確保低的發動機排放和快速的排放後處理系統啟動，這些相互矛盾的要求需要一個精確優化的燃燒系統，並強調了整體方法的必要性。
為了實現快速的發動機和排放後處理系統升溫，可以採用幾種方法：內部措施，如具有早期排氣門開啟的氣門傳動可變性或進氣門重新開啟有助於增加冷啟動時的排放氣溫。
此外，使用熱障塗層和專用燃燒模式有助於加快發動機升溫，熱措施如可變冷卻液流、分流冷卻迴路、潤滑油流轉或預熱冷卻液。
或者使用外部措施，如電加熱催化劑，縮短了排放後處理系統達到啟動溫度的時間，從而改善了冷啟動時的排放行為。
然而，在本研究中，直接與燃燒相關的參數，無論是燃燒硬體還是校準方面，都在進行調查，壓燃發動機冷啟動排放行為的綜合研究方法也被我們自己探究出來了。
從冷啟動發動機操作的基礎開始，優化預噴射策略，研究渦流和共軌壓力的影響，然後使用SCRE進行了不同噴油嘴孔徑和孔數的效果研究。
正如眾多研究所示，在壓燃發動機中使用非化石燃料與柴油相比可以改善排放行為，所以在最佳噴油嘴設計的冷條件下，我們開始對這種燃料混合物進行了研究，實驗結果通過0d燃燒分析進行了分析，以深入了解排放行為。
所有實驗工作都是在一台最先進的SCRE上進行的，其掃氣容積約為0.5升，代表了典型乘用車汽缸尺寸。
SCRE的試驗運行在保持穩態冷條件下進行，這提供了穩定且可重複的測量操作，為了模擬完整發動機的氣體交換，我們開始持續求解渦輪增壓器的主方程。
本研究根據該方程，通過使用排氣法蘭調整了排氣壓力，為了準備未來的排放法規，還對甲醛（FA）和乙醛（AD）進行了測量。
根據研究，這兩種組分在柴油排放氣中佔有很大份額，且目前尚未受到法律限制，在後來的章節中我們會討論FA排放趨勢，為何能作為代表性碳醯化合物的主要代表。
旋流和鋼軌壓力的影響
本研究由於未對單點噴射策略進行調整和優化，較長的噴霧燃燒持續時間導致較高的預混合燃燒速率，從而產生較大的壓力梯度。
基於我們的損失分析，最終描繪出了冷熱發動機運行之間的效率差異，在冷啟動運行中，較高的充氣空氣密度導致實際氣缸充氣循環的效率略有增加。
較高的未燃排放導致較高的不完全燃燒損失，由於燃燒持續時間較短，實際燃燒損失減少，在冷啟動運行中，壁面熱損失不會因較高的發動機負荷而增加，這是由於FMEP的增加。
冷啟動運行中較低的排氣溫度導致較高的氣體交換損失，機械損失由於更高的FMEP而發生了最大變化。
在冷啟動運行中，由於較長的噴霧燃燒持續時間導致較高的CNL，單點噴射策略變得尤為重要，這可以通過優化單點噴射策略來抵消。
使用單點噴射策略在冷啟動運行中需要更高的主噴射量，才能實現與熱啟動運行中大致相同的主噴射轉化率。
然而，由於冷啟動運行中不利的點火條件，主噴射的ROHR急劇上升，導致CNL遠高於熱啟動運行。
與單點噴射相比，使用適度的雙點噴射策略可以實現較低的CNL，雙點噴射策略的較長燃燒持續時間使得相對於單點噴射而言，指示效率降低。
由於在冷啟動短時間內CNL的優先順序較高於發動機效率，因此下文將討論最佳的雙點噴射策略。
在隨後的所有結果中，我們都採用了未經冷卻的EGR通過SCRE上的EGR冷卻器，說明了在恆定MFB50和雜訊排放的情況下，雙點噴射策略的點火量掃描是十分可行的。
與此相反，該點火策略導致了最高的CO和FA排放，基於這些測量結果，需要在不完全燃燒產物和NOx之間進行權衡。
在恆定的目標NOx排放條件下，雙點噴射策略的點火量也隨著EGR的變化而變化，使用較大的點火量2時，由於最大放熱速率降低，需要較低的EGR率。
因此，儘管主噴射的燃燒持續時間較短且總的點火燃料量1較高，煙霧排放不會增加，使用較大的點火量會導致主噴射的燃燒持續時間縮短，從而導致更高的煙霧排放。
早期放熱量的上升，既可以由較大的點火量1引起，也可以由點火量2過高引起，會導致燃燒雜訊的增加。
與無EGR的測量類似，小的點火量1結合本例中的3.5-4.5毫克的點火量2會產生最低的雜訊，但未燃排放相當高。
從這種相互衝突的排放趨勢中，可以得出FA-CNL權衡，為了清晰起見，生成所示權衡的測量點僅使用中等點火量1（2和3毫克）。
假設高缸壓上升，由高初始燃燒速率引起，會導致更完全的燃燒。此外，通過在恆定液壓流量下使用噴油嘴孔數增加的噴射器噴孔，可以改善FA-CNL權衡，因為較小的噴孔直徑可以改善燃油霧化，從而改善混合物製備。
替代燃料的排放
針對冷啟動運行優化的雙點噴射策略導致了在冷啟動運行中由於較高的點火量和不利的點火條件而輕微增加的煙霧排放。
與熱啟動運行中的單點噴射相比，隨著渦流的增加，由於更高的缸內湍流，煙霧排放減少，導致了輕微的過度渦流效應，最終再次增加了煙霧排放。
然而，實驗顯示的關鍵結果是，趨勢以及最佳渦流水平對於兩種運行條件都是相同的。
研究中顯示的軌壓掃描也顯示了冷熱發動機運行中相似的軌壓行為，由於更高的軌壓，由於更高的缸壓梯度，燃燒雜訊增加，卻可以改善燃油霧化導致更低的煙霧排放。
除了討論的發動機校準效果外，我們還研究了用於優化冷啟動排放行為的噴射設備硬體，在雙點噴射策略下，分別針對冷啟動和熱啟動優化的EGR掃描。
在冷啟動運行中由於更高的FMEP和由低冷卻空氣溫度引起的較低排氣溫度而導致的較低熱效率。
增加噴油嘴孔數不會顯著影響熱效率。只發現了輕微的指示效率惡化，這可能是由於較低的噴射噴流動量導致注射噴流的穿透度較淺所致。
使用雙點噴射策略可以在冷啟動運行中實現類似的燃燒雜訊，但在相同的噴油嘴孔數下，NOxx的產生量會變得更大，更好的燃油霧化和較多數量的小噴油嘴孔數的改善混合物製備，最終導致了更低的NOxx。
由於之前研究的措施改善了冷啟動排放，因此還研究了在保持噴油嘴孔數不變的情況下，較大噴孔直徑帶來的更高噴射動量的影響。
實驗中呈現了使用較大噴油嘴孔徑的結果，其中個體也使用了針對低煙霧排放進行了個體優化的雙點噴射策略。
較高的液壓噴射流量導致了較高的最大ROHR，並且在相同的MFB50的情況下，缸壓上升的時間較晚，可能有助於改善BTE。
排氣溫度略有增加，這是由於更長的燃燒完全階段，可能是初始燃油製備惡化和壁面噴射的結果，ROHR顯示在燃燒完全階段燃燒延遲，這支持了較大孔徑下不同的火焰-壁面交互作用的假設，以及燃油霧化較差，導致更高的未燃排放。
在前述研究中找到的最佳噴油嘴設計的基礎上，我們還對未來可能替代柴油的替代燃料Blend-3的冷啟動排放進行了研究。
雙點噴射策略針對柴油進行了低CNL優化，並對Blend-3進行了調整，以在大致相同的CNL下比較兩種燃料。
通過損失分析我們可以發現，由於較高的壁面散熱損失，Blend-3的效率降低。據推測，燃料中的氧含量導致由於氧與惰性氣體比例較高而導致更高的燃燒溫度，從而產生更高的NOx2。
在噪音排放量大致相同的情況下，NOxx2-煙霧權衡以及其他權衡在冷操作中很重要，因此，這種混合物對於原料和二氧化碳具有巨大的潛力。
本研究調查了潛在的發動機措施，以優化使用柴油和替代燃料的 CI 發動機冷機運行期間的排放行為。
通過多種策略和實驗，為壓燃發動機冷啟動排放優化提供了有價值的見解，並為未來的研究和發展方向提供了基礎。
隨著可持續性和環保要求的不斷增加，壓燃發動機的冷啟動排放優化將持續成為汽車工程領域的熱門話題。
