冷机起动是汽油发动一个非常重要的工况,减少汽油机冷机起动过程的排放是控制发动机总体排放的关键手段。对于进气道喷射汽油机来说,其在冷机起动过程中往往会产生很高的碳氢排放。主要是因为发动机冷却后从环境温度起动时,燃油蒸发受到温度限制不是很理想,通常需要在倒拖起动的前几个循环大量喷射燃油来保证可靠的起动过程。然而,即便在冷机起动的前几个循环向进气道内喷射大量的燃油,也会因为喷射时机不恰当而无法保证在各个气缸中形成质量高且一致性好的混合气。当混合气发生失火或者不完全燃烧时,就会恶化冷机起动阶段的排放。鉴于此,本文从改善混合气形成和优化倒拖阶段喷油策略两个方面开展了对汽油发动机冷机起动过程的研究。在改善混合气形成方面,本文从冷机起动时喷射燃油形成附壁油膜着手,首先开展了对附壁油膜形成特性的基础性研究:使用激光诱导荧光法定量的测量并研究了壁面温度对附壁油膜厚度的影响。研究发现,壁面温度从26℃升高到60℃、90℃和120℃后,附壁油膜的厚度有非常显著的减少,油膜最厚处的厚度分别减少了19%、38%和53%。油膜的覆盖面积也从26℃时的5.66cm2分别减少到2.82cm2、1.69cm2和1.55cm2。在实验研究了不同壁面温度下的附壁油膜特性后,本文首次提出了使用进气道局部加热的方法来改善混合气形成:通过对进气道末端表面进行加热来促进喷油后形成的附壁油膜的蒸发。为了实现高效的进气道局部加热,设计制作了电热膜式进气道局部加热系统。在不同的加热功率下研究了该局部加热系统的加热特性。实验结果表明,电热膜式局部加热系统可以在较小的加热功率下实现高效的能量利用,在短时间内快速提高膜式加热片的表面温度。例如,在60w和80w的电加热功率下将表面温度从20℃加热到110℃耗时很短,分别仅需70秒和50秒。为了验证进气道局部加热的效果,搭建了具有良好可重复性的倒拖起动试验台架,并制作了倒拖起动控制系统。在不同加热温度下研究了进气道局部加热系统对混合气形成和燃烧的影响。实验结果表明,进气道局部加热可以有效地促进附壁油膜的蒸发,提高缸内混合气浓度,减少冷机起动阶段的喷油量。运用局部加热使得形成可燃混合气的最小喷油脉宽从40ms减少到30ms。在局部加热后,燃油传输率得到明显提高,在100℃的表面温度下,燃油传输率几乎增加了一倍。此外,运用进气道局部加热后形成的混合气燃烧更快,推迟点火提前角到上止点附近可以获得更好的转矩输出。在优化倒拖阶段喷油策略方面,本文首次提出了基于各个气缸初始位置的倒拖起动喷油策略。因为停机时发动机的各个气缸都处在不同的位置,当倒拖开始后,从不同初始位置起动的气缸都具有各自的特点,如果在倒拖起动的首个循环根据不同初始位置气缸形成混合气的特点配以合适的喷油策略,就可以在倒拖开始后最短的时间内,在发动机的各个气缸都形成性质均匀、质量高的混合气。本文首先讨论并验证了四缸发动机停机后气缸所处的四种典型位置。然后,分析比较了不同初始位置的气缸在首个进气冲程中的差异。通过比较发现,从进气冲程中期起动的气缸进气流动非常有限,而其他三个初始位置气缸的情况要好的多。最后,分别在冷机和热机两种情况下,通过改变喷油脉宽和喷油正时的方法分析讨论了不同初始位置气缸在倒拖首循环形成混合气的特点。并根据实验的结果,分别提出了适用于冷机起动和热机起动的倒拖首循环喷油策略。最后,为了验证各缸独立喷油策略的有效性,本文针对发动机热机倒拖起动工况,在起动实验台上对各缸独立喷油策略进行了实验验证。结果表明,基于气缸初始位置的各缸独立喷油策略在倒拖起动后可以在很短时间内在各个气缸形成质量高、一致性好的混合气。运用各缸独立喷油策略后,成功地避免了失火和不完全燃烧,即使在12ms的首循环喷油脉宽下也在各个气缸内形成了可以点燃的混合气,有效地优化了发动机倒拖起动的性能和排放。在24ms和36ms这两种首循环喷油脉宽下,各缸独立喷油策略实现了比原机喷油策略更短的起动时间,平均起动时间从原机的0.684秒分别减少到0.639秒和0.658秒,而且起动时间的一致性也更好,碳氢排放也更低,在选择合适的首循环喷油脉宽时,第二到第十循环的平均排气碳氢浓度减少了约43%。