李昱

摘要：利用整車(chē)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)和發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)缸內(nèi)直噴汽油機(jī)（GDI）的主要控制參數(shù)，包括配氣正時(shí)、燃油軌壓力、噴油相位、點(diǎn)火時(shí)刻等對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放的影響，從而優(yōu)化了配置此款缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的整車(chē)顆粒物排放。

關(guān)鍵詞：汽油直噴；顆粒物排放優(yōu)化；研究

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GDI發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放的生成機(jī)理及測(cè)試設(shè)備

1.1GDI發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放的生成機(jī)理

GDI發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物排放污染物主要來(lái)源是活塞頂面和缸壁的未蒸發(fā)油滴以及由于混合不良產(chǎn)生的局部濃混合氣；這些燃油在擴(kuò)散燃燒過(guò)程中成核，并在缸內(nèi)進(jìn)行表面生長(zhǎng)及凝聚，吸附以及凝結(jié)成最終的顆粒物。

圖1示出了直噴汽油機(jī)燃燒室內(nèi)可能生成碳煙顆粒物的燃油附著區(qū)域。除了由于早期噴射而有明顯燃油附著的活塞頂面（圖1①）外，還有因進(jìn)氣門(mén)及進(jìn)氣門(mén)座上部的噴霧沖擊和擴(kuò)散引起的燃燒室頂部燃油附著（圖1②），因噴油引起的噴嘴端部燃油附著（圖1③），以及經(jīng)由氣缸壁面油膜的活塞環(huán)岸處燃油附著（圖l④）。生成碳煙的另一個(gè)原因是混合氣不均導(dǎo)致的局部混合氣過(guò)濃（圖1⑤）。新鮮空氣與燃油的混合不充分導(dǎo)致燃燒時(shí)的混合氣存在過(guò)濃區(qū)域，這也可能是導(dǎo)致生成碳煙顆粒的原因之一。

1.2顆粒物質(zhì)量（PM）和顆粒物個(gè)數(shù)（PN）測(cè)量設(shè)備

PN測(cè)試設(shè)備：AVL489 Particle Counter，測(cè)試范圍：23nm～2.5um；23nm（±1nm）測(cè)試精度為50%（±2%）；41nm（±1nm）精度至少90%。

PN測(cè)試原理：丁醇法，微粒通過(guò)飽和丁醇?xì)猓隙〈己笾睆竭_(dá)到11.3-12.3μm，通過(guò)激光計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。

煙度測(cè)試設(shè)備：AVL415（FSN），精度：5μg/m3。

煙度測(cè)試原理：一定容量廢氣中的碳煙，積存在濾紙上，通過(guò)光電檢測(cè)出被染黑濾紙。

2測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

表1發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)，給出了試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)。

3通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)研究發(fā)動(dòng)機(jī)主控參數(shù)對(duì)顆粒物排放的影響

3.1進(jìn)排氣相位正時(shí)對(duì)顆粒物排放的影響

因發(fā)動(dòng)機(jī)在NEDC循環(huán)的冷機(jī)階段顆粒物占循環(huán)總數(shù)的70-80%，重點(diǎn)以冷機(jī)階段的特征點(diǎn)作為臺(tái)架試驗(yàn)優(yōu)化對(duì)象作詳細(xì)試驗(yàn)分析。保持發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液出口溫度在30度，根據(jù)實(shí)車(chē)在NEDC工況的測(cè)量運(yùn)行點(diǎn)，選取2個(gè)特征工況點(diǎn)對(duì)不同的進(jìn)排氣VVT正時(shí)每間隔10度作掃點(diǎn)測(cè)量，記錄對(duì)應(yīng)的碳煙值（FSN），保持其他控制參數(shù)不變。總體來(lái)說(shuō)適當(dāng)增加氣門(mén)重疊角有助于降低顆粒物排放。

3.2噴油正時(shí)對(duì)顆粒物排放的影響

用相似方法選取四個(gè)特征工況點(diǎn)，保持發(fā)動(dòng)機(jī)其余主控參數(shù)不變，在臺(tái)架上測(cè)試起始噴油正時(shí)角度260度.310度的煙度。從圖2測(cè)量結(jié)果顯示，適當(dāng)提前噴油相位有助于混合氣的充分混合，同時(shí)避免活塞上的燃油附著，對(duì)降低碳煙有幫助。

3.3點(diǎn)火提前角對(duì)顆粒物排放的影響

從理論上來(lái)說(shuō)適當(dāng)推遲點(diǎn)火提前角有利于混合氣的充分混合，減少因后燃而使有機(jī)物氧化變少的情況。但如果噴油正時(shí)已經(jīng)充分考慮了混合氣點(diǎn)火前預(yù)混合時(shí)間，那么點(diǎn)火提前角對(duì)顆粒物排放的影響將大大降低，且過(guò)多推遲點(diǎn)火提前角也會(huì)對(duì)燃燒穩(wěn)定性帶來(lái)負(fù)面影響。圖3顯示特征工況點(diǎn)下單次噴射和二次噴射兩種模式下點(diǎn)火提前角對(duì)煙度和燃燒穩(wěn)定性指標(biāo)（CVO）的影響。

4結(jié)語(yǔ)

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)的主要控制參數(shù)包括進(jìn)排氣VVT相位，燃油噴射相位，燃油噴射壓力對(duì)缸內(nèi)顆粒物排放有顯著的影響，在噴油相位合理的情況下，點(diǎn)火提前角的貢獻(xiàn)有限，且會(huì)帶來(lái)較大的燃燒穩(wěn)定性方面負(fù)作用。

（2）針對(duì)國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)缸內(nèi)最大噴射壓力在15MPa-20MPa的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)，大都可以通過(guò)優(yōu)化控制參數(shù)達(dá)到國(guó)5的顆粒物排放限值（PN 6.0x1012km-1/PM4.5mgkin-1）。

（3）從目前國(guó)5排放階段的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)普遍排放水平看，僅通過(guò)控制參數(shù)優(yōu)化來(lái)應(yīng)對(duì)將要實(shí)施的國(guó)6b顆粒物排放限值（測(cè)試循環(huán)WLTC，PN 6.0x1011 km-1/PM 3mgkm-1）都存在一定差距。需要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)硬件更改優(yōu)化缸內(nèi)燃燒來(lái)達(dá)到目標(biāo)，比如采用350MPa缸內(nèi)燃油噴射壓力。