面向缸内直喷汽油机燃烧调控中若干基础问题研究综述

面向缸内直喷汽油机燃烧调控中若干基础问题研究综述一文创作于：2023-04-12 10:19:36，全文字数：13602。

面向缸内直喷汽油机燃烧调控中若干基础问题研究综述

��程喷射时受燃料组分影响，在压缩过程喷射时不受燃料组分影响。Sanghoon Lee等人通过可视化和PDPA 分析了单孔喷雾和多孔喷雾的喷雾宏观形态和喷雾粒径速度，对认识不同喷油器的喷雾特性提供了实验数据支撑。该研究提示出高压喷雾引导的流场变化和湍流将影响到着火、火核形成与发展、火焰传播。由于他们的研究没有拓展到着火和燃烧，喷雾引导的流动对火焰传播和燃烧作用还不能定量的给出。

缸内直喷分层混合气燃烧方式最早用于汽油机小负荷晚喷情况，确保混合气着火燃烧。随后缸内直喷分层混合气方式被广泛用于分层混合气稀燃中，混合气分层程度被作为燃烧调控的手段，喷射与点火时间间隔的耦合调控决定着混合气的分层程度，缸内直喷汽油机稀燃潜力得到了拓展，燃油经济性提升空间有了技术支撑。单次喷射适用于小负荷分层混合气的组织，大负荷时对造成过度分层，燃烧排放性能恶化。两段喷射由于具备分层混合气调控的更大空间，也被用于缸内直喷燃烧控制中，两段喷射也适用大负荷工况，并对提高大负荷抗爆能力提升有作用。燃油喷射时刻对缸内直喷分层稀混合气燃烧影响显著，研究发现喷射时刻控制着稀预混合气燃烧和浓度分层的混合控制燃烧比例，增加喷射结束时刻与点火时刻的间隔时稀预混合气燃烧占主要部分，反之浓度分层的混合控制燃烧占主要部分。喷射时刻对混合气形态的调控实现了燃烧过程的调控。两段喷射还可实现对放热速率和火焰速率调控，进而对燃烧相位CA50 进行调控。对闪急沸腾两段喷雾的喷雾特性虽有研究，指出闪急沸腾两段喷雾对改善燃油雾化和混合气形成有利，但目前国内外在闪急沸腾两段喷雾的着火、火焰传播和燃烧循环变动方面还未见报导。Ali Turkcan 等人分析了第2 段喷射时刻对混合气形成和燃烧的影响，指出第2 段喷射时刻对着火特性有较大影响。Jingeun Song 等人研究发现喷雾引导的湍流提高了火焰速率，火焰速率与混合气浓度分层程度密切相关，两段喷射进一步增强湍流强度，提高了发动机的动力性能。Cheolwoong Park 等人研究汽油喷雾引导的缸内直喷分层混合气稀燃特性，分层混合气稀燃方式提高了抗爆震能力和燃油经济性，并可在稀燃条件下实现快速稳定的燃烧，分层混合气也降低了传热损失，结合废气再循环和推迟点火实现了对NOx 的控制。说明缸内直喷分层混合气稀燃是挑战汽油机高热效率的有效途径，也反映出喷雾对混合气分层、着火和火焰传播以及稀燃能力都具有重要的燃烧调控作用。他们的工作仅针对单次喷射，没有进行对混合气分层调控效果更好的两段喷射，对后者现象和规律的认识将有助于实现更好的分层混合气稀燃燃烧调控效果。M.Costa 等人采用光学发动机和模拟计算缸内直喷汽油两段喷射的稀燃分层燃烧技术，研究预示出合理的两段喷射调控实现了稀混合气条件下的燃烧优化，发动机热效率和排放得到了改善，是一种有效的燃烧调控技术。虽然研究给出了两段喷射实现汽油机稀燃的可行性，但燃烧优化结果仅对应两段喷射燃油均等分配情况，缺乏不同分配比例下的混合气和稀燃潜力研究，还不能形成全局性认识，两段喷射分层混合气燃烧规律性的认识还需从基础角度和参数变化耦合角度出发开展更加系统和全面的研究，阐明其混合气形成与稀燃特性的关系，以期为燃烧调控和优化提供支撑。为此，这方面还有待开展进一步的研究。汽油机爆震是制约其性能提升的关键因素，分层混合气组织方式由于具有抗爆震能力强，具备继续提高提高压缩比提升汽油机性能的潜力。

3 结论

影响发动机缸内混合气形态的参数很多，喷射过程缸内的压力、温度以及气流状态均随时间变动，喷射相位和分层的影响也与热力和流动状态参数的变化耦合在一起，很难分离出单一因素的作用效果。内燃机燃烧调控是内燃机高效清洁燃烧的重要手段和发展趋势，准确合理的调控需要建立在对燃烧基本规律的认识、关键参数作用程度的把握以及基础数据定量化的表征，而这些燃烧机出问题的规律性认识往往可采用脱开多因素多过程耦合作用的实际发动机，采用影响因素和参数可独立设置与调控的燃烧装置来实现。通过基础层面的研究对各个参数的影响规律和参数间的耦合作用规律形成系统性和规律性认识，为发动机燃烧现象的解析和燃烧调控提供支撑。

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