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小型發(fā)動機汽油噴射和汽油-甲烷噴射的試驗分析

直噴式（DI）發(fā)動機對空燃比的控制更加精確，改善了燃油經(jīng)濟性，且分層產(chǎn)生的超稀薄燃燒減少了尾氣排放。減少廢氣排放也能通過優(yōu)化過的空氣直噴獲得，空氣直噴能在低速和低負荷的情況下通過增強湍流來提高燃燒穩(wěn)定性。在本文中，分析了進氣道中汽油噴射（G-PFI）燃燒和汽油-甲烷雙燃料噴射（G-MDF）稀薄燃燒。為了區(qū)分直噴甲烷的化學效應與物理反應，用一個小排量進氣道噴射/直噴汽油機進行試驗。火花點火4沖程發(fā)動機配備了一個直噴式244mL發(fā)動機氣缸蓋，進行了缸內壓力的測定且對平均指示壓力以及變異系數(shù)進行了評估。利用二維數(shù)字成像光學測量，能夠在高精度空間和時間上來分析燃燒過程；特別是其能夠跟蹤火花點火過程且評估火焰?zhèn)鞑ニ俣?。利用氣體分析儀對CO、CO2、HC和NOx等排放物進行了分析。汽油-甲烷雙燃料進氣道噴射和汽油-空氣進氣道噴射可以提高重汽油蒸發(fā)和汽油均勻氣化。此外，對于汽油-甲烷雙燃料進氣道噴射，甲烷的存在以及與汽油重烴的化學效應能夠提高燃燒率。

發(fā)動機中為了再現(xiàn)分層燃燒或增加湍流，汽油在進氣歧管噴射，而甲烷和空氣在燃燒室直接噴射，發(fā)動機配備了一個商用250mL發(fā)動機氣缸蓋，進行了熱力學分析和光學測量。結果顯示，雙燃料和汽油-空氣混合條件下的平均指示壓力變異系數(shù)更低。光學測量表明，雙燃料條件下的火焰向前傳播速度比在純汽油燃燒條件下更快，并且空氣直接噴射引起的湍流增加也會產(chǎn)生類似的火焰?zhèn)鞑ニ俣?。隨著火花向前傳播速度的提高，甲烷和汽油的相互作用加強了負荷分層的效果。燃油消耗方面，甲烷/空氣直噴使氣缸內的湍流得到改善，從而提高混合氣形成的燃燒效率?？諝庵苯訃姉l件下，對碳氧化合物（CO、CO2）和NOx的冷卻影響更低，從而提高燃燒效率。

Sajeev Silvester et al.SAE 2015-24-2459.

編譯：楊昆