汽油喷射策略对汽油压燃燃烧和排放特性影响的试验研究

摘要

汽油压燃（GCI）能够在较宽广的工况范围同时实现高热效率和低排放，具有满足未来更严格节能减排要求的潜力。但是，汽油较差的自燃着火特性使GCI在小负荷燃烧稳定性差；低粘度和强挥发性使GCI的预混燃烧比例高，对边界条件变化敏感；在大负荷GCI容易出现碳烟排放高的问题。相关研究发现，燃油喷射策略能够改善油气混合过程，对燃烧过程实现更有效的控制。对GCI引入早喷和PFI，可提高油气混合过程的可控性，有效控制预混比例和燃烧速率，改善GCI燃烧的稳定性、可控性和排放特性。因此，本文在一台改造的单缸试验发动机上，开展了汽油喷射策略对GCI燃烧和排放特性影响的试验研究。 首先，本文探索了早喷结合主喷（多次喷射）和PFI结合直喷（混合喷射）改善GCI燃烧和排放的潜力。通过对比汽油HCCI，发现这两种喷射策略能获得比HCCI更高的热效率、更低的soot排放和更好的燃烧稳定性。然后，在相同工况下，系统研究了早喷和PFI对GCI燃烧和排放特性的影响。对比单次直喷策略，发现引入早喷和PFI，能实现更低的NOx和soot排放，降低NOx排放对CA50的敏感性；但THC和CO排放升高，且MPRR较高。相比早喷结合主喷，PFI结合直喷对混合气分层和燃烧速度的控制更有效。 最后，本文采用PFI结合两次直喷系统研究了混合喷射策略在更高负荷的热效率和排放表现。结果表明，预喷可有效降低MPRR，预主喷间隔较小时，MPRR较低；适当增大预喷油量能降低MPRR，但soot排放对CA50的敏感性增强。随着负荷升高，CO和THC排放降低，燃烧效率提高；但是受发动机爆压和MPRR的限制，PFI比例降低，主喷油量明显增多，导致指示热效率降低，soot排放升高。引入EGR并提高直喷压力能降低主喷油量，提高PFI比例，在大负荷同时实现较低的NOx和soot排放。 本文系统揭示了早喷和PFI对GCI燃烧和排放特性的影响以及改善GCI燃烧可控性、热效率和soot排放的潜力。其中，PFI结合直喷的汽油喷射策略可在循环油量为40~80mg，直喷压力仅为60MPa时，使GCI指示热效率在46.4~48.9%，同时soot排放仅在0.0025~0.005g/kWh范围；当IMEP为16.32bar时，soot排放仅为0.03 g/kWh，指示热效率接近45%。

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