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PFI技術(shù)和DI技術(shù)對小型化汽油機(jī)性能的影響

在過去10年里，發(fā)動機(jī)最主要的兩個發(fā)展趨勢是小型化和直噴（DI）技術(shù)。這兩種技術(shù)的發(fā)展在提升發(fā)動機(jī)效率的同時也給發(fā)動機(jī)的優(yōu)化提出了新的挑戰(zhàn)。尤其是在高負(fù)荷情況下，為了保持發(fā)動機(jī)的輸出功率，小型化發(fā)動機(jī)的燃燒控制要比普通自然吸氣式發(fā)動機(jī)的控制更加精確。對缸內(nèi)局部燃燒過程進(jìn)行了研究，從試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算的角度對比分析PFI（進(jìn)氣口燃油噴射）和DI技術(shù)對滿負(fù)荷工況下發(fā)動機(jī)性能的影響。

試驗(yàn)采用一臺排量300mL的發(fā)動機(jī)，裝備了雙重燃料供給系統(tǒng)以及3個噴射器。其中，2個噴射器裝備在進(jìn)氣管處供PFI操作使用；另外1個噴射器供DI操作使用。通過進(jìn)氣管和排氣管處的靜壓力傳感器、溫度傳感器以及曲軸壓力傳感器來監(jiān)測發(fā)動機(jī)的狀況。對采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明，相對于PFI技術(shù)，DI技術(shù)的優(yōu)勢在于其冷卻效果改善了氣缸內(nèi)的混合狀況并減小了爆震發(fā)生的傾向，而DI技術(shù)的缺陷是其限制了發(fā)動機(jī)的峰值功率，同時造成燃燒室大規(guī)模的混合不均勻性，導(dǎo)致CO排放增多，進(jìn)而影響了發(fā)動機(jī)的燃油效率。

發(fā)動機(jī)運(yùn)行在滿負(fù)荷工況時，利用光學(xué)診斷技術(shù)研究燃料的混合情況是不可取的，因?yàn)榇藭r的缸內(nèi)壓力和溫度超過透明材料的承受范圍。因此，利用3D CFD RANS軟件，對發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣、噴射、燃燒和污染物形成過程（包括詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)信息）進(jìn)行計(jì)算以補(bǔ)充試驗(yàn)數(shù)據(jù)?；?D CFD RANS軟件計(jì)算求解得到氣缸內(nèi)混合不均勻性與CO排放水平之間的線性關(guān)系。

此外，通過3D CFD RANS軟件對缸內(nèi)感應(yīng)誘導(dǎo)型流體運(yùn)動與噴射誘導(dǎo)型流體運(yùn)動情況進(jìn)行了分析。對于特定的發(fā)動機(jī)而言，噴射正時對缸內(nèi)湍流強(qiáng)度的影響至關(guān)重要，增強(qiáng)缸內(nèi)湍流強(qiáng)度可以加快燃燒速度，減小爆震傾向，但是增強(qiáng)湍流強(qiáng)度將增大燃料混合的不均勻性。因此，對于燃燒速度與不均勻性的程度之間存在折中的最優(yōu)噴射正時。

Vincent Knop et al. SAE 2013-01-1103.

編譯：郭明超