PFI/DI喷射对米勒循环汽油机燃烧特性的影响

为削弱泵气损失大、压缩比和工质比热容低等问题对汽油机常用部分负荷热效率的制约作用,基于配备进气道喷射(portfuelinjection,PFI)和缸内直喷(directinjection,DI)双喷系统的高压缩比米勒循环汽油机,系统探究了进气门早关策略对汽油机部分负荷热效率的影响规律.研究表明,应用米勒循环可有效调控歧管压力和泵气损失,通过综合优化气门相位、点火策略和节气门开度,相较于原机在2000 r/min,平均指示有效压力(IMEP)0.36 MPa工况指示热效率由32.4%提升至36.4%.针对高压缩比米勒循环小负荷燃烧稳定性恶化问题,提出采用分层火焰引燃(stratifiedflameignition,SFI)混合燃烧技术实现对燃烧放热过程的优化控制.研究表明,SFI燃烧可有效提高燃烧稳定性,平均指示有效压力的循环变动COVIMEP降幅达64.9%.而后期自燃的参与使得放热更为集中迅速,指示热效率由纯米勒循环下的36.4%提升至37.8%.

喷油策略对分层火焰引燃混合燃烧影响的研究

通过一台单缸汽油机,采用进气道喷射(PFI)和缸内直喷(DI)实现燃油分层,结合火花点火实现分层火焰引燃(SFI)混合燃烧,探索了点火时刻、直喷比例和直喷时刻对SFI混合燃烧特性的影响.结果表明:点火时刻直接影响前期火焰传播放热过程,进而实现对后期放热过程的有效控制,而直喷比例和直喷时刻则直接影响缸内燃油分布,进而影响SFI燃烧特性.点火时刻提前,使火焰传播阶段的平均放热速率增加,自燃始点提前;直喷比例增加,可以提升前期火焰传播阶段的平均放热速率,但是后期自燃阶段的平均放热速率呈先增加后减小趋势;直喷时刻为上止点前60°,CA时,火焰传播阶段和自燃阶段的平均放热速率都达到最高,但此时的传热损失也最大.通过优化直喷比例和直喷时刻,可以实现燃油经济性的提升,在转速为1,500,r/min、平均指示压力(IMEP)约为0.7,MPa工况下,优化后的SFI混合燃烧相比于纯均质混合气稀释燃烧,指示热效率可以提升7.4%,.

PFI/DI喷射对分层火焰引燃的SI-CAI混合燃烧的影响

针对均质SI-CAI混合燃烧存在循环波动大、较高负荷下最大压力升高率过高等问题,提出一种基于分层火焰引燃(stratified flame ignition,SFI)的SI-CAI混合燃烧技术.并在一台直喷(DI)四缸汽油机上,采用内部废气重压缩策略配合进气道喷射(PFI)方式实现了SFI燃烧.探索了PFI/DI喷射对SFI燃烧特性的影响规律.研究结果表明,随着直喷时刻在压缩冲程初期的推迟,直喷燃油的物理冷却作用使得燃烧始点推迟,同时分层的稀释混合气使得最大压力升高率大幅下降,但指示平均有效压力IMEP略微恶化;过晚的直喷时刻将导致自燃燃烧提前,放热变快,最大压力升高率迅速增大,IMEP恶化显著,循环变动变大.直喷比例的增大能大大降低最大压力升高率,同时能够保持稳定的燃烧.点火时刻在不同的喷油策略下都能有效控制SFI燃烧过程.相比均质混合燃烧,SFI燃烧可以较好地缓和混合燃烧中最大压升率与燃烧稳定性的矛盾,能同时保证较低循环波动和较小压升率.

复合稀释燃烧汽油机分层火焰特征

SI-CAI复合燃烧是一种双阶段放热的稀释燃烧方式,可以提升点燃式发动机的热效率.但是其前期的稀释火焰易产生明显的放热量波动,进而导致后期自燃过程失稳.分层火焰引燃策略(stratified flame ignition,SFI)尝试利用浓混合气火焰传播速度快的特点,抑制复合燃烧前期火焰传播的不稳定性.但是,复合燃烧通常会采用高压缩比提高温度并同时采用高稀释策略控制放热速度,其前期火焰特征与传统稀释火焰存在区别,为此,本研究通过光学实验分析复合燃烧高温和高稀释背景条件下的火焰特征.结果显示:在废气稀释条件下,浓混合气相对于稀混合气,火焰传播速度下降较少,分层火焰引燃策略具有可实现性,但废气分布的不均匀会导致火焰传播速度的各向异性.缸内温度的升高有助于加速稀释火焰,在高温、高稀释和浓混合气综合作用下,稀释火焰锋面前会出现少量自燃点,并逐渐与主火焰融合,从而提升火焰在局部方向上的传播速度,改善放热稳定性.