一种可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法

摘要

本发明公开了一种可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，该控制方法是基于同时具有火花点火、缸内直接喷射燃油、可变气门机构的汽油机。在该汽油机冷启动工况下，通过可变气门机构设置气门重叠负角。在负气门重叠期内进行缸内燃油直接喷射。根据启动水温大小，控制汽油机负气门重叠期喷射不同比例的燃油，利用废气能量提高启动工况燃料的可燃性和火焰传播速度。本发明可以有效降低冷启动期间有害排放和燃油消耗，对原机改动小，且对汽油机启动环境下排放性都有针对性地改善。

权利要求

1.一种可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，其中，汽油机是一台每缸均配有火花塞、缸内直接喷油器以及至少一个进气门和一个排气门的电控可变气门正时机构的四冲程汽油机，且该汽油机对排气温度有直接或间接的监测能力；其特征在于，该汽油机启动工况下，根据启动时的环境温度，在负气门重叠角下喷射不同量的燃油，进而实现燃烧改善：

该汽油机冷启动工况下，通过可变气门机构设置气门重叠负角，并且在启动过程中在负气门重叠期内向缸内直接喷射部分燃油，通过存留废气，提高启动时的缸内温度，改善雾化，引发在负气门重叠角期间新喷入的燃料发生重整反应生成小分子碳氢或与废气中存留的不完全燃烧产物和残氧发生部分氧化反应生成小分子含氧化合物，以提高启动工况汽油机混合气的可点燃性和火焰传播速度，并改善汽油机的经济性和排放；其余燃油在压缩行程中，也同样通过直接喷射方式喷入缸内，利用压缩过程产生高温改善混合气雾化效果的同时，补足燃烧过程所需的整体燃油数量；

随着启动过程中汽油机着火成功，燃烧趋于稳定，排气温度升高，负气门重叠角期间的喷油量大小根据排气温度的上升相应减小；

当汽油机冷却水温低于25℃时，通过以下步骤启动汽油机：步骤一、通过可变气门机构使进排气门形成负气门重叠角，存留内部废气；负气门重叠角由标定过程产生，该负气门重叠角处于60‑100℃A之间，但不包括60℃A，使负气门重叠期内压缩上止点时的缸内温度达到800K；

步骤二、在汽油机处于负气门重叠期时，通过所述缸内直接喷油器向缸内喷射燃油，其中，喷射时刻在排气门关闭后10℃A或排气上止点，形成重整高温混合气；利用存留的废气，促进首次直喷燃油的雾化乃至在缸内引发燃油的重整反应，生成更易着火的小分子碳氢成分或含氧化合物，提高燃料的可燃性和火焰传播速度；

步骤三、在汽油机处于压缩行程时期，通过所述缸内直接喷油器向缸内进行燃油补充喷射，其中，燃烧上止点设为0℃A，喷射时刻在‑90～0℃A ATDC范围内，具体时刻由实验标定得出，从而在缸内形成可燃物与空气比例合适的可燃混合气；

步骤四、利用所述火花塞，在0～20℃A ATDC范围内，一次跳火点燃空气燃油混合物；

步骤五、在冷启动的过程中，通过对排气温度的测试，评价汽油机的燃烧状态，减少负气门重叠期喷油量占循环总喷油量的比例；在启动着火成功且稳定后，在启动工况向怠速工况过渡的过程中，根据排气温度的升高程度，相应地减少负气门喷油量，避免废气对燃油与新鲜充量混合过程的不利影响，保持整个启动工况的高效和低污染燃烧。

2.根据权利要求1所述的可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，其特征在于，步骤二中，所述缸内直接喷油器向缸内喷射的初始燃油比例与启动水温存在紧密关系，冷却水温降低，则负气门重叠期内喷入缸内初始燃油数量升高，燃油与空气‑废气混合及反应的量升高。

3.根据权利要求1所述的可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，其特征在于，步骤四中，点火时刻在燃烧上止点后；利用活塞上行压缩缸内混合气，提升混合气温度，有助于混合气的引燃；同时，将点火时刻置于上止点之后，有助于提升排气温度，进而使催化剂快速加热，使其更早投入工作，减少启动过程排放到大气的污染物，并缩短启动过程所需的时间。

4.根据权利要求1所述的可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，其特征在于，步骤五中，随着启动过程中汽油机着火成功，燃烧趋于稳定，排气温度升高，负气门重叠角期间的喷油量大小根据排气温度的上升相应减小；依据排气温度调整负气门重叠角内的喷油量，具体调整方式包括：

通过直接测试或间接推算的方式，获得实时动态的排气温度，从而随排气温度变化对负气门重叠角内喷油量进行动态的、连续的调整及控制；

通过直接测试或间接推算的方式，获得实时动态的排气温度，从而随温度变化对负气门重叠角内喷油量进行非连续的间歇性调整及控制；

通过直接测试或间接推算的方法获得不连续的排气温度变化，对负气门重叠角内的喷油量采取非连续的控制方式。

5.根据权利要求4所述的可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，其中，负气门重叠期喷油量的调整过程中，排气温度直接测试或间接推算的方式包括：通过排气温度传感器，直接获得动态实时的排气温度；

通过排气压力传感器所获得的动态实时参数，利用函数关系，建立所获得的排气压力与排气温度之间的关系，间接获得排气温度大小，进而控制负气门重叠角期间的喷油量；

通过缸内压力传感器测量排气门打开时刻的缸内压力，依据理想气体状态方程，计算得到排气温度；

通过实测汽油机启动实验数据，建立排温预测模型。

6.通过权利要求1所述的可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，其特征在于，使汽油机在冷启动条件下得到充分利用汽油机自身工作过程所产生的能量，提升汽油机缸内温度，降低低温环境条件对启动工况燃烧过程的不利影响；当冷却水温度达到或高于25℃时，汽油机进入正常的缸内直喷汽油机运行模式。

说明书

一种可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种汽油机燃烧控制技术。

背景技术

[0002] 汽油机冷启动工况是燃烧过程最恶劣的工况。配有三效催化后处理器的汽油机，在美国联邦测试规程FTP75中，80％的HC、CO排放来自冷启动阶段。燃油空气混合气的浓度、
温度及混合程度、燃烧反应的程度等，都将对汽油机在冷启动过程中的燃烧过程产生显著
的影响。为了汽油机快速和可靠的启动，启动过程中需要提供过量燃油，弥补燃油雾化、混
合效果差引起不易点燃的问题，从而形成很浓的混合气，进而引起大量不完全氧化产物排
放甚至是未燃燃油排放，进而引起大量的未燃碳氢物。在高寒地区，这一问题显得更为突
出，甚至出现点火困难引发无法着火启动的问题，启动过程中排放也会更加恶化。因此，汽
油机冷启动的排放控制面临很大的挑战。

[0003] 目前，国内外关于汽油机冷启动的研究主要采用控制补偿油量的方法对缸内形成的可燃混合气的浓度进行优化，包括：缸内油膜和燃油蒸发的建模、环境温度的补偿、冷启
动空燃比变化建模等，这些方法虽然可以通过补足燃油供给量的方式，保证启动着火的可
靠性，但是仍无法解决冷机状态下大量未雾化或不完全燃烧的燃油引发的高油耗和排放问
题，只能期望快速起燃可以缩短启动所用时间，提高汽油机的工作温度，从而尽早进入正常
工作模式，这仍然会造成启动工况大量污染物排放。针对冷启动过程中的油耗和排放控制
问题，当前的研究中主要以储集启动工况的排放尾气、然后集中处理方式为主，但在实际中
储集气体的装置会带来重量超支、安装空间有限、费效比低和成本增加的难题，难以应用。
因此，开展汽油机启动过程中快速有效的燃油和排放控制方法有重要的现实意义和紧迫的
现实需求。

发明内容

[0004] 为了改善汽油机冷启动排放问题，本发明提供一种可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，该方法可应用于同时具有火花点火、缸内直接喷射燃油、可变气门机
构的四冲程汽油机，即该汽油机应具有的具体功能为：可以通过所述可变气门运动功能形
成负气门重叠期，即当排气门关闭时刻处于进气门开启时刻之前；排气门关闭时刻至进气
门开启时刻这段期间称为负气门重叠期，这样配气参数可以存留上个循环燃烧所产生的高
温废气，在启动过程中，这些高温废气中还会存有易燃的不完全燃烧产物；通过缸内直接喷
射方式可以在负气门重叠期向存有废气的缸内进行喷油，供油量为燃烧所需油量的全部或
者部分，具体油量由启动温度决定；利用废气的热量改善冷启动时燃油雾化差的问题，当废
气温度升高并引发负气门重叠期内缸内温度升高到一定程度后(压缩上止点时缸内温度达
到800K)，高温废气还可引发直喷燃油发生重整反应，生成更易着火的小分子碳氢成分或含
氧化合物，显著提高与空气混合后的可燃物混合气的可燃性和火焰传播速度，使得燃烧的
稳定性和完全性均得到提高，经济性改善，污染物排放降低；在汽油机处于压缩行程时期，
通过缸内直喷方式补足燃烧所需的燃油量(当负气门重叠期燃油喷射量为部分时)，形成所
需的可燃混合气；同时在合理的时刻使用火花点火的方式点燃混合气。

[0005] 在负气门重叠期存留废气的能量可以提高所有启动过程工作循环负气门重叠期燃油雾化的速率。不仅仅使负气门重叠期内燃油喷射雾化速率提升，同时也提高了压缩阶
段的缸内温度，改善了缸内第二次喷射燃油的雾化速率。随着循环间能量的累积，缸内温度
不断提升，缸内第二次喷射燃油的雾化速率也得到持续改进。

[0006] 启动工况中首个喷油循环，可以通过负气门重叠方式存留上个未喷油循环中经过压缩的空气，从而提高首个喷油循环中燃油和新鲜空气混合时的缸内温度，改善循环燃油
雾化的速率。通过负气门重叠策略在启动过程中不断存留前一个循环产生的废气，实现热
量的累积，在进一步提高燃油和空气混合时缸内温度的基础上，利用废气中存留的不完全
燃烧产物，提高缸内混合气的可燃性和燃烧的完全性。随着启动过程的进行，由于存留废气
在循环间存在传递和积累作用，在接下来的循环中负重叠期内缸内温度不断提升，混合气
的雾化条件持续改善，雾化速率持续提升，燃烧的完全性也持续改善。

[0007] 通过负气门重叠角策略，可以在缸内大量存留上个循环的燃烧产物。所存留的废气质量最大可以达到缸内总质量的50％，其中包括大量未燃碳氢和上一个循环未燃烧完全
的燃料，在新的循环中，这些物质与新喷入的燃油一起燃烧。上述过程的特征在于，与传统
汽油机相比，由于废气存留部分不完全氧化产物，导致每次循环汽油机所排出废气中的碳
氢和一氧化碳总量较实际生成量明显减少，优化了汽油机冷启动工况的污染物排放；同时，
在上一循环中存在大量未完全燃烧的燃烧中间产物，可以在接下来的循环中得到更为充分
的燃烧，燃烧效率显著提升，使每循环汽油机排出废气中的未燃碳氢和一氧化碳都较前一
个循环减少，改善了汽油机冷启动工况的污染物排放和燃油经济性。

[0008] 启动过程中，对上个循环的燃烧产物的截留，能提高缸内气体的温度，提升燃油雾化速率；通过负气门阶段的重整反应，可以提高可燃物的燃料活性。在冷启动相同点火能量
的前提下，采用上述方法能提高可燃混合物的可燃性性，进而提高点火的成功率和着火可
靠性，改善了低温条件下特别是极低温度条件下汽油机的启动性能。

[0009] 为了解决上述技术问题，本发明提出的一种可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，其中，汽油机是一台每缸均配有火花塞、缸内直接喷油器以及至少一个进气
门和一个排气门的电控可变气门正时机构的四冲程汽油机，且该汽油机对排气温度有直接
或间接的监测能力；该汽油机启动工况下，根据启动时的环境温度，在负气门重叠角下喷射
不同量的燃油，进而实现燃烧改善：该汽油机冷启动工况下，通过可变气门机构设置气门重
叠负角，并且在启动过程中在负气门重叠期内向缸内直接喷射部分燃油，通过存留废气，提
高启动时的缸内温度，改善雾化，引发在负气门重叠角期间新喷入的燃料发生重整反应生
成小分子碳氢或与废气中存留的不完全燃烧产物和残氧发生部分氧化反应生成小分子含
氧化合物，以提高启动工况汽油机混合气的可点燃性和火焰传播速度，并改善汽油机的经
济性和排放；其余燃油在压缩行程中，也同样通过直接喷射方式喷入缸内，利用压缩过程产
生高温改善混合气雾化效果的同时，补足燃烧过程所需的整体燃油数量；随着启动过程中
汽油机着火成功，燃烧趋于稳定，排气温度升高，负气门重叠角期间的喷油量大小根据排气
温度的上升相应减小。

[0010] 进一步讲，本发明所述的可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，如图3所示，当汽油机冷却水温低于25℃时，通过以下步骤启动汽油机：

[0011] 步骤一、通过可变气门机构使进排气门形成负气门重叠角，存留内部废气；负气门重叠角由标定过程产生，该负气门重叠角处于60‑100°CA之间；

[0012] 步骤二、在汽油机处于负气门重叠期时，通过所述缸内直接喷油器向缸内喷射本循环内的部分或全部燃油，其中，喷射时刻在排气门关闭后10°CA或排气上止点，形成重整
高温混合气；利用存留的废气，改善燃油雾化效果，促进可燃混合气的生成，减少喷入缸内、
未能混合、参与燃烧的燃油数量。当负气门重叠期内缸内温度达到或超过800K时，还可以诱
发喷入缸内的燃油发生重整反应，在高温作用下雾化的燃油会发生裂解反应生成小分子碳
氢，并可进一步与废气存留的不完全氧化产物以及残氧发生反应，产生更进一步的小分子
含氧化合物，在提高混合气温度的同时，提高混合气活性和火焰传播速度；所述缸内直接喷
油器向缸内喷射的初始燃油比例与启动水温存在紧密关系，冷却水温降低，则负气门重叠
期内喷入缸内初始燃油数量升高，燃油与空气‑废气混合及反应的量升高。

[0013] 缸内直接喷油器向缸内喷射的初始燃油比例与启动水温的关系包括：当启动水温小于‑20℃时，负气门重叠期喷射的燃油比例为1；当启动水温为‑20℃至0℃(不包括0℃)
时，负气门重叠期喷射的燃油比例为0.8；当启动水温为0℃至10℃(不包括10℃)时，负气门
重叠期喷射的燃油比例为0.6；当启动水温为10℃至20℃时，负气门重叠期喷射的燃油比例
为0.4；当启动水温为20℃至25℃时，负气门重叠期喷射的燃油比例为0.2。

[0014] 步骤三、若在负气门重叠区内没有喷入全部燃油，在汽油机处于压缩行程时期，通过所述缸内直接喷油器向缸内进行燃油补充喷射，其中，燃烧上止点设为0°CA，喷射时刻
在‑90～0°CA ATDC范围内，从而在缸内形成可燃、易燃的空气燃油混合物；具体时刻由实验
标定得出，从而在缸内形成可燃物与空气比例合适的可燃混合气；

[0015] 第二次缸内喷油的喷油时刻应具有如下特征：当汽油机处于冷启动过程初期，缸内温度过低，应充分利用缸内活塞上行造成缸内体积减小、温度压力升高的效果，在压缩行
程末期喷油，保证燃油的雾化，避免缸内压力低引发喷油湿壁；当汽油机运行一段时间之
后，缸内压力温度提升，喷油时刻逐渐提前到压缩行程的中后期。

[0016] 步骤四、利用所述火花塞，在0～20°CA ATDC范围内，一次跳火点燃所述空气燃油混合物；点火时刻在燃烧上止点后；利用活塞上行压缩缸内混合气，提升混合气温度，有助
于混合气的引燃；同时，将点火时刻置于上止点之后，有助于提升排气温度，进而使催化剂
快速加热，使其更早投入工作，减少启动过程排放到大气的污染物，并缩短启动过程所需的
时间。

[0017] 步骤五、在冷启动的过程中，通过对排气温度的测试，评价汽油机的燃烧状态，减少负气门重叠期喷油量占循环总喷油量的比例；在启动着火成功且稳定后，在启动工况向
怠速工况过渡的过程中，根据排气温度的升高程度，相应地减少负气门重叠期喷油量，避免
废气对燃油与新鲜充量混合过程的不利影响，保持整个启动工况的高效和低污染燃烧，保
证怠速工况燃烧的稳定性、经济性和排放性的控制连续性。

[0018] 随着启动过程中汽油机着火成功，燃烧趋于稳定，排气温度升高，负气门重叠角期间的喷油量大小根据排气温度的上升相应减小。考虑到冷启动过程中缸内温度不断上升，
燃烧趋于稳定后，始终保持高比例的负气门喷油量会不利于燃烧过程的效率和污染物控
制，所以，需要通过排气温度变化，评估缸内燃烧状态，并据此对负气门重叠角内的喷油量
进行调整。调整的方式包括但不限于：通过直接测试或间接推算的方式，获得实时动态的排
气温度，从而随温度变化对负气门重叠角内喷油量的大小进行动态的、连续的调整及控制；
通过直接测试或间接推算的方式，获得实时动态的排气温度，从而随温度变化对负气门重
叠角内喷油量的大小进行非连续的间歇性调整及控制；通过直接测试或间接推算的方法获
得不连续的排气温度变化，相应对负气门重叠角内的喷油量采取非连续的控制等方式。具
体的控制策略通过实验确定。

[0019] 负气门重叠期喷油量的调整过程中，排气温度的获得方法包括但不限于：排气温度直接测试或间接推算的方式包括：通过排气温度传感器，直接获得动态实时的排气温度；
通过排气压力传感器所获得的动态实时参数，利用函数关系，建立所获得的排气压力与排
气温度之间的关系，间接获得排气温度大小，进而控制负气门重叠角期间的喷油量；通过缸
内压力传感器测量排气门打开时刻的缸内压力，依据理想气体状态方程，计算得到排气温
度；通过实测汽油机启动实验数据，建立排温预测模型。

[0020] 可以采用动态连续气门重叠角控制措施。首先根据启动水温的大小确定初始的负气门重叠期喷油量比例，在启动的过程中，利用排气温度传感器或排气压力传感器对排气
温度进行直接或间接的实时动态监测，获得排气温度的瞬时值。在启动的过程中，将获得的
动态排气温度代入负气门重叠期喷油量比例与排气温度的关系式中，汽油机ECU计算得到
负气门重叠期喷油量比例的具体数值后，根据总的喷油量，获得负气门重叠期喷油量，并调
控缸内直喷喷油器喷射相应质量的燃油。随着排气温度的上升，负气门重叠期喷油量逐渐
减小，直到排气温度达到300℃及其以上并维持5s，则退出本启动过程的燃烧控制策略。也
可以采用非连续负气门重叠角内喷油量的控制措施。首先根据启动水温的大小确定初始的
负气门重叠角内喷油量的大小，在启动的过程中，利用排气温度传感器或排气压力传感器
对排气温度进行监测，获得排气温度的大小。在调节负气门重叠角内喷油量的过程中，可以
通过对排气温度进行划界，在不同范围内的排气温度下，在负气门重叠期间，喷入不同量的
燃油比例。

[0021] 本发明所述的可变喷油策略结合废气能量利用的汽油机启动方法，使汽油机在冷启动条件下充分利用汽油机自身工作过程所产生的能量，提升汽油机缸内温度，降低低温
环境条件对启动工况燃烧过程的不利影响；当冷却水温度达到或高于25℃时，汽油机进入
正常的缸内直喷汽油机运行模式。

[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0023] 存留废气的能量可以持续改善重压阶段喷射直喷燃油的雾化效果，并在一定条件下引发燃油重整反应，将燃油裂解和部分氧化为活性更高的小分子化合物，从而提高混合
气的整体反应活性，显著提高火焰传播速度，提高点火的成功率和着火可靠性。通过存留大
量上个循环的燃烧产物，改善了汽油机冷启动工况的污染物排放和燃油经济性。

[0024] 根据启动时的环境温度，在汽油机负气门重叠期喷射不同比例的燃油进行燃油重整反应。温度低时，负气门重叠喷射主要目标是尽可能改善燃油的雾化，提供可燃的混合
气；温度较高时，负气门重叠喷射的主要目标是，充分利用燃油重整的优势，提供化学特征
上更易燃的混合气，减少启动过程的燃油消耗，提高排气温度。

[0025] 本发明的缸内直喷汽油机燃油系统对原机改动小，只需要在缸盖上安装能够实现本技术需求的可变气门机构和直喷喷油器即可。

[0026] 本发明根据汽油机启动水温大小调节喷射比例，有效降低冷启动期间排放，缩短冷启动所需时间，且对各种汽油机启动环境下排放性都有针对性地改善。

附图说明

[0027] 图1是本发明中具有缸内直喷能力和可变气门机构的单缸汽油机系统结构图；

[0028] 图2负气门重叠角方式存留废气的气门定时示意图；

[0029] 图3是所述启动方法实施流程图；

[0030] 图1中：1‑缸内工作容积，2‑活塞，3‑连杆，4‑排气门，5‑进气门，6‑缸内直喷喷油器，7‑火花塞。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。

[0032] 本发明的设计思路是，为了改善冷启动阶段的燃烧及排放的状况，随着汽油机冷启动水温降低，汽油机缸内温度降低，因此需要在负气门重叠期内喷射更多燃油。利用负气
门重叠策略存留的废气能量，增强燃油的雾化，甚至在废气温度足够高的时候引发燃油重
整，制造可燃、易燃的空气燃油混合气，改善汽油机的冷启动排放性能。本发明提出的汽油
机冷启动工况的燃烧改善方法是基于同时具有火花点火、缸内直接喷射燃油、可变气门机
构的汽油机，在汽油机冷启动工况(启动至稳定怠速)下，根据启动水温大小，在汽油机负气
门重叠期喷射不同比例的燃油，改善燃油雾化，乃至引发燃油重整反应，提高缸内温度和混
合气的可燃性。通过所述缸内直喷喷油器向气缸内喷射燃油，在缸内形成高温改质混合气。
利用火花塞点燃所述高温均质混合气，形成稳定燃烧。本发明可以有效降低冷启动期间排
放，且适用于各种汽油机启动环境。

[0033] 如图1所示，实施例是一台单缸往复式四冲程汽油机，活塞2通过连杆3与曲轴相连，通过其往复运动而实现缸内工作容积1变化。汽油机燃烧室至少配备一个进气门5和一
个排气门4。安装在该汽油机缸盖上的缸内直喷喷油器6可以在一个工作循环内实现多次喷
油。安装在该汽油机缸盖上的一个火花塞安7用于点燃缸内混合气。

[0034] 图2示出了引入内部残余废气的气门定时原理图(即引入内部残余废气的方法)，即负气门重叠角方式。这种方式是指，排气门关闭时刻在进排气上止点前，进气门打开时刻
在进排气上止点后，以在活塞达到进排气上止点附近时创造出负气门重叠角，使得部分废
气始终存留在气缸内。本发明控制方法是根据汽油机不同的启动环境温度即启动水温大
小，在汽油机负气门重叠期喷射不同比例的燃油，并在启动过程中利用排气温度对负气门
燃油喷射比例进行调整。利用废气温度加热燃油，促进燃油雾化，乃至引发燃油重整反应，
针对性地改善了不同环境下汽油机的冷启动排放性能。随着汽油机冷启动水温降低，汽油
机缸内温度降低，因此需要在负气门重叠期内喷射更多燃油，充分利用废气的能量，以改善
汽油机的冷启动排放性能。

[0035] 当启动环境温度等于或低于25℃时，启动电机将汽油机转速拖至200r/min以后，在负气门重叠期喷射燃油。通过可变气门机构使进排气门参数形成负气门重叠角，即排气
门4关闭时刻处于进气门5开启时刻之前，存留内部废气；通过可变气门机构设置不同气门
重叠角，并且在启动过程中在负气门重叠期内进行缸内燃油直接喷射，根据启动水温大小，
在汽油机处于负气门重叠期喷射不同比例的燃油；利用废气的能量，加入喷入的燃油，改善
其雾化，当废气温度进一步升高时，还可引发燃油重整反应；并且利用废气中存留的不完全
燃烧产物和燃油重整反应提高混合气的可燃性以及火焰传播速度，进而提高启动过程中燃
烧时的缸内温度，改善碳氢化合物排放。具体过程是：

[0036] 通过可变气门技术使进排气门形成负气门重叠角，存留内部废气；负气门重叠角由标定过程产生，该负气门重叠角处于60‑100°CA之间；根据标定实验，本案例选为80°CA。

[0037] 在汽油机处于负气门重叠期，通过所述缸内直喷喷油器6于负气门重叠期340°CA ATDC将不同比例的汽油以缸内直喷的方式喷入缸内；利用废气的温度，改善燃油的雾化和
混合，并随着废气温度的不断提升，在缸内形成高温的重整混合气。其中，负气门重叠期喷
射的初始燃油比例与启动水温的关系如表1所示。

[0038] 在汽油机处于压缩行程后期，通过所述缸内直喷喷油器6于‑60°CA ATDC将剩余汽油喷入缸内，从而在缸内形成可燃、易燃的空气燃油混合物。

[0039] 在20°CA ATDC利用所述火花塞7以火花跳火的方式点燃所述均质空气燃油混合物，形成稳定燃烧。在启动过程中设为20°CA ATDC，直到汽油机转速超过750r/min。此后点
火时刻根据稳定控制转速的需求，逐步提前。

[0040] 本例中采取两种负气门重叠角喷油量控制策略，第一种为动态连续的负气门重叠角喷油量控制策略。上述汽油机在0℃至10℃的水温下进行启动，设定负气门重叠角喷油量
比例与排气温度的关系为y＝150/T，其中，T为实时排气温度(单位：K)，y为负气门重叠角喷
油量比例。在冷启动过程中，通过温度传感器直接测量或虚拟传感器间接计算得到的实时
动态排气温度代入上述公式中，获得负气门重叠角喷油量比例，进而计算出负气门重叠期
喷油量，控制直喷喷油器喷射对应的油量。比如，利用排气温度传感器或虚拟传感器获得的
排气温度为273K，将T＝273代入上式中，获得实时的负气门重叠期喷油量比例为0.55，当前
循环总喷油量为30mg，则负气门重叠期喷油量为0.55*30＝16.5mg。上述控制及计算过程通
过汽油机ECU实现。当排气温度动态变化时，负气门重叠期喷油比例也相应发生改变。这样，
在冷启动过程中就实现了喷油量的动态调节，保证冷启动过程的灵活性。

[0041] 当采取保持的、非连续的负气门重叠角喷油量控制策略时，通过表2所示的控制策略对负气门期间喷油量进行调整。在冷启动过程中，通过温度传感器直接测量或虚拟传感
器间接计算得到的排气温度后，通过查表得到具体的喷油量值，控制直喷喷油器向缸内喷
射相应的燃油量，实现负气门重叠角期间喷油量的调节，保证冷启动过程的灵活性。其中，a
表示根据启动水温所确定的负气门重叠期初始的喷射燃油比例。

[0042] 比如，上述汽油机在0℃至10℃的水温下进行启动，根据表格可知，负气门重叠期的喷油质量比例为循环内总油质量的0.6。当运行一段时间之后，监测到排气温度在200℃
至300℃之间，据表格中所述可得，负气门重叠期的喷油质量比例变为0.6*0.6＝0.36；当排
气温度上升到300℃以上时，负气门重叠期的喷油质量比例变为0.6*0.2＝0.12。当冷却水
温度达到或高于25℃时，则不再实行上述策略，汽油机进入正常的缸内直喷汽油机运行模
式。

[0043] 表1

[0044]

[0045] 表2

[0046]

[0047] 综上，本发明的控制方法中，当汽油机启动环境温度较低时，通过负气门重叠角的方式引入内部废气；在负气门重叠期内喷射燃油，利用废气的能量改进燃油雾化，乃至引发
燃油高温重整反应，释放热量，提高了混合气温度。在压缩过程中点燃活性和温度均得到提
高的燃油空气混合气，避免了未混合燃油直接排出缸外以及在燃烧中出现淬熄现象，从而
降低了HC排放和CO排放。同时，由于汽油机排气温度升高，使得排气温度迅速达到三效催化
转化器起燃温度，进一步降低了汽油机冷启动期间的排放，并缩短汽油机启动所需的时间。
本发明控制方法适用于各种汽油机启动环境。

[0048] 尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本
发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的
保护之内。