分层当量比混合气抑制爆震的燃烧排放特性研究

针对汽油缸内直喷式(GDI)发动机,利用两次喷射策略形成分层当量比混合气抑制爆震的思路进行了研究,着重分析了两次喷射策略中第二次喷射时刻和比例对燃烧、爆震和排放的影响,并对比了分层当量比混合气与传统的推迟点火时刻和加浓混合气抑制爆震方法的燃烧排放特性差异。研究结果表明:分层当量比混合气能够实现抑制爆震的效果,且浓区混合均匀时可减弱分层对燃烧效率和平均指示压力的降低;分层当量比混合气可利用三效催化剂高效地降低HC、CO和NOx的排放;分层混合气会由于混合不均造成碳烟生成,分区均质的分层混合气组织形式将有助于降低分层带来的碳烟排放;分层当量比混合气抑制爆震可减弱推迟点火时刻对负荷的降低;与加浓抑制爆震方法相比,可显著提高燃油经济性并降低排放。

分层当量比混合气抑制缸内直喷汽油机爆震的试验研究

爆震一直是汽油机提高压缩比以改善燃油经济性的主要障碍。提出了用"分层当量比"和"分区均质"的混合气组织方式抑制汽油机爆震的思路,在缸内直喷(GDI)汽油机上,通过两次喷射策略配合一定的燃烧室形状形成不同的分层混合气组织形式,对比研究了当量比下均质混合气和分层混合气对爆震的影响。结果表明:在当量比条件下利用两次喷射形成分层混合气可以显著降低爆震强度,并且随着第二次喷油时刻推后或第二次喷油比例增大,爆震强度逐渐降低;分层混合气浓区混合均匀时可加快燃烧速度,燃烧相位提前,爆震强度降低,浓区混合不均则会使得燃烧速度减小,燃烧相位推后,最大爆发压力和压力升高率降低;混合气分层之后,HC排放变化不大,NO_x排放有所降低,CO排放增加;分层混合气中间浓区混合均匀会减弱分层对燃烧和排放的恶化。

分层当量比混合气抑制缸内直喷汽油机爆震的模拟

通过数值模拟方法对缸内直喷(GDI)汽油机利用"分层当量比"混合气燃烧方式抑制爆震的思路进行了研究,利用FIRE软件建立了GDI发动机的三维数值模型进行数值模拟解析,并对模拟结果进行了试验验证。结果表明:燃烧速度和爆震强度都在混合气偏浓(燃空当量比为1.1)时达到最大值,混合气过浓或者过稀都会减小燃烧速度,降低爆震强度;与均质当量比混合气相比,分层当量比混合气能够有效抑制爆震,并且爆震强度随着浓区浓度增加和稀区浓度减小而降低;GDI发动机采用优化后的侧凹坑活塞通过进气和压缩冲程两次喷射可以形成火花塞附近较浓、周围偏稀的分层当量比混合气,而在进气冲程单次喷射能够形成均质当量比混合气;数值模拟结果和台架试验都表明GDI发动机采用两次喷射形成分层当量比混合气能够显著地降低爆震强度。