喷射压力对GDI汽油机喷雾及燃烧排放特性影响的研究

摘要

环境恶化和能源短缺问题的日益严峻使各个国家相继制定了更加严格的油耗法规和排放标准，GDI汽油机由于动力性强，经济性好，响应迅速而得到广泛的研究和应用。为充分发掘 GDI 汽油机的性能潜力，国内外研究者通过多种技术手段来改善 GDI 汽油机，其中提高喷射压力能够优化缸内混合气形成和燃烧过程，可提升发动机的动力性和燃油经济性，改善部分尾气污染物的排放问题。 本文通过阴影法、相位多普勒粒子测试技术、数值模拟及台架试验分别对喷雾宏微观特性、缸内混合气的形成及 GDI 汽油机的燃烧排放特性进行了全面系统的研究，从而来探究喷射压力对 GDI 汽油机喷雾、燃烧及排放特性的影响。研究结果表明： 喷射压力的提高能提升燃油喷射的初动能，加快燃油扩散，使贯穿距离及喷雾面积增加，但对其增加的促进作用不断降低；喷射压力每提高5 MPa，喷雾锥角的最大值和稳定值平均增加1.1 °；能有效改善喷油器尾喷现象，促进尾喷油束破碎；能提高燃油粒子的运动速度，促进燃油粒子的破碎蒸发，显著降低燃油粒子的SMD，增大小粒径粒子的数量。 喷射压力的提高能使缸内燃油分布更加均匀，改善局部混合气过浓现象；加快燃油液滴蒸发速度，对于相同喷油量可增加燃油的蒸发比例，但对燃油蒸发的促进作用不断降低；能增加油气的混合时间，并能在短时间内迅速增强缸内气流的湍流运动，加剧燃油与空气之间的混合，提高混合气质量。喷射压力的提高会增加燃油撞击壁面后形成的油膜质量，但在点火时刻时不同喷射压力下的油膜质量基本保持一致。 喷射压力的提高能加快火焰传播速度，有效缩短火焰发展期和快速燃烧期，使混合气燃烧更加充分稳定；能提高缸内平均温度、缸内压力、瞬时放热率，使其峰值出现的时刻有所提前；能降低CO和HC的生成量，但会使缸内平均温度升高，导致 NOX的排放量有所增加；能有效抑制燃油的热裂解和脱氢反应，减少核态微粒的生成量，并能降低核态微粒团聚、吸附易挥发有机物而形成积聚态微粒的可能性，从而减少微粒整体的排放量。

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