缸内直喷汽油机通过最优同步单次或二次喷射提高能源效率的喷射策略讲解.doc

缸内直喷汽油机通过最优同步单次或二次喷射提高能源效率的喷射策略 摘要 在所谓的混合模式增加情况下完成最大的燃料效率优势的汽油缸内直喷,其中混合物特性准确地适应特定的工作条件。特别是在中等范围的负荷和转速,整体混合物被用于所谓的直接喷射分层充气操作是合适的。 本文提出报告是数值优化分析旨在增加能量效率的GDI发动机配备高压多孔喷油器在单和双同同步注入条件下的结果。在中等的负荷中等速度条件下,工作循环是通过单或双注入同步过程影响它们的缸内过程的三维数值模型。这种选择同时使开始喷射和时间的点火提前达到最大化发动机工作。 再一次喷射中，最优的双喷射体现在增加发动机能源效率方面的实现，因此在精确计算后通过分层来确保分步注射质量的提高。也主要污染物排放的影响进行了讨论。 引言 　尽管对环境问题的担心导致了需要越来越降低燃料消耗的内燃机，多年来对汽车越来越高　　性能的要求从未真正减弱。一个显著提高燃料效率的汽车推进系统直到在传统的内部燃烧技术中使用直接喷射才得到重大转变。在SI引擎中，特别是，GDI今天被认为是必不可少的，同时增加了低排放和涡轮增压：发动机排量的减少，而低端扭矩的增加是通过空气增压，压缩比上升和缸内混合气的形成实现的。这些措施不仅解决了发动机PFI系统的主要缺点，即发动机在部分负荷运行中的泵气损失（例如发动机大部分在城市道路中工作），而且这些措施还提供了其他一些优点。敲缸的产生有利于缸内蒸发的燃油蒸汽的冷却作用。在DISC模式中，发动机可以在低混合气浓度时运行，通过创造一种火花塞附近和汽缸壁附近更低浓度的混合气条件。这样可以减少缸壁上的热损失，减少CO和CH的生成，同时很大程度的增加发动机的容积效率。 在过去的几年中，很多研究和发展工作导致喷射系统在燃油喷射准备和输送时越来越可靠，并且实现在极其低浓度混合气下的点火，三个不同的概念可以实现混合气的准备和燃烧（1,2）。在壁面引导燃烧模式下，燃油蒸气通过气缸壁或适当形状的活塞表面输送到火花塞附近。这个理念会导致燃油沉积物和未染碳氢排放的增加。空气引导燃烧模式作为前者的替代，通过适当的空气运动防止燃料粘在缸壁上，但是不能提供对燃烧室里实际空燃比的控制。最后，喷雾引导燃烧理念通过火花塞和喷雾合适的位置关系确定了可燃混合气在点火时的位置（3,4）。目前，充分利用喷雾引导燃烧模式被认为是依靠混合物在燃烧室内的湍流促使在发动机工作过程中火焰传播和实现混合物全面的、快速的熄灭（5）。缸内湍流强度随发动机转速增加，这妨碍了混合物在更高的运行环境下稳定的分层；另一方面，要使负载增加时保持混合气分层会导致局部混合气过浓，这可能会引起颗粒物的增加。这意味着当今小型发动机只有在小负荷和低速通常运行可行，而在大负荷、全负荷和高速运行时，发动机必须在均匀的理论配比下工作。图1,来自参考文献（6,7）总结了上述概念。GDI发动机三个主要的区域在下面的转速负荷曲线中可以区分出来。一个是分层区域，这个区域里点火，火花塞周围混合气为理论配比或略微浓的混合气并且尽可能不使混合气接近缸壁（整体上为稀薄的空燃比），第二个区域为在更高负荷和更高转速时均匀的理论空燃比，第三个为中间均匀的稀薄混合气。 图1 GDI混合的最优模式 混合物特性随发动机负荷和转速改变，即通常所说的“混合模式”直接升压，在实践中，它的实现遇到一些困难，困难在于需要具有处理效率越来越高的后处理系统和低浓度运行，和完全稳定的缸内分裂喷射（8,9）。分裂喷射的特征在于，例如，在进气冲程和压缩冲程，被认为有利于火焰点火区的能量转换。换句话说，合适的分裂喷射不仅适用在稀薄分层模式，实现了更快的催化加热，而且还提供了一个恒定的扭矩与低氮氧化物排放量在分层和均质模式之间的变换，减少了颗粒物的生成，减少了在稳定工况的部分负荷的燃料消耗和增加了在较高负荷的爆震极限。最优的分裂喷射条件和喷射时间取决于发动机的设计。分裂喷射对低浓度混合物燃烧的发展有积极影响，这主要来自于点火时第二次喷射活动浓混合气在点火位置附近的燃料蒸发（10）。 以上所描述的情景清楚地显现，进一步发展GDI发动机，强烈要求对喷雾和周围空气流动之间基本的复杂现象有全面的认识，同时这些现象也受发动机控制参数变化的影响。不同的研究致力于描述在DISC模式下室流程相关的GDI发动机，这些可见文献（11—15）。他们中的一些从数值上处理这个问题。CFD技术具有捕捉复杂现象的功能，和DISC发动机缸内的物理和化学过程密切相关，包括瞬态三维动态的燃料喷射和蒸发，喷雾壁撞击，燃料—空气混合，点火，燃烧，传热和污染物的形成。然而，不能充分利用先进的计算机技术保证发动机整个工作的地图中期望的供油量和供油时刻，因此，最佳的喷油时刻关系到稳定的点火时刻及火花点火和燃烧特性。 目前的工作只是针对评估一种在GDI发动机的工作