基于單缸機開展了多次噴射和阿特金森循環(huán)對汽油壓燃（gasoline compression ignition,GCI）發(fā)動機性能影響的試驗研究,試驗分別研究了單次噴射、兩次噴射及兩次噴射結(jié)合阿特金森循環(huán)對GCI中高負(fù)荷性能的影響。結(jié)果表明,單次噴射中噴油壓力、噴油時刻和噴油量對GCI燃燒有顯著的影響,提高噴射壓力可提高發(fā)動機的平均指示壓力,降低循環(huán)波動,但噴油壓力過高會導(dǎo)致燃燒對噴油時刻變化異常敏感,使燃燒難以正常進行;噴油量增加可提高發(fā)動機的平均指示壓力,但過高的噴油量會導(dǎo)致不完全燃燒的燃油量增加,熱效率下降。在兩次噴射中,主噴時刻對燃燒起著決定性的影響。主噴時刻提前,發(fā)動機動力性有所提升,但壓升率也隨之增加;主噴時刻推遲,發(fā)動機動力性相應(yīng)降低,同時循環(huán)波動增加。增加預(yù)噴量有利于發(fā)動機性能的提升,但預(yù)噴量過大會導(dǎo)致燃燒可控性降低。阿特金森循環(huán)能明顯提升GCI熱效率,其主要原因是減少了壓縮行程的壓縮負(fù)功,同時燃燒并未惡化,膨脹做功并未降低。 

【文章來源】：內(nèi)燃機工程. 2020,41(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

不同阿特金森循環(huán)的氣門升程曲線

圖2展示了不同噴油壓力和噴油時刻對平均指示壓力的影響，該工況下循環(huán)噴油量固定為32mg。結(jié)果表明：無論噴油壓力如何，噴油時刻提前，平均指示壓力均呈現(xiàn)增加的趨勢，這是由于噴油提前使得燃料的預(yù)混程度增加，從而使得著火時刻和燃燒相位提前，燃燒放熱更加集中；隨噴油壓力增加，平均指示壓力呈現(xiàn)增加的趨勢，適當(dāng)提高噴油壓力對發(fā)動機性能有一定程度的提升。但噴油壓力60MPa和80MPa的工況會出現(xiàn)“過度混合”的現(xiàn)象，此時燃燒速率過快，并且噴油時刻的微小變化都對壓力升高率有巨大的影響，如圖3所示。為了避免發(fā)動機發(fā)生損壞，本研究將壓力升高率的限值定為1MPa/（°）；為了保持燃燒穩(wěn)定性，將循環(huán)波動的限值定為5%。在高噴射壓力下為了避免過快和過于粗暴的燃燒，需要盡量推遲噴油時刻，這對燃燒穩(wěn)定性和發(fā)動機動力性均有不利影響。而另一方面，較低的噴油壓力又由于霧化能力較差容易導(dǎo)致不完全燃燒，從而造成較低的平均指示壓力和較大的循環(huán)波動。從上述結(jié)果來看，80MPa噴油壓力下不存在同時滿足平均指示壓力循環(huán)波動和最大壓力震蕩幅值限制的工況點，而60MPa噴油壓力也僅僅在噴油時刻-22°的工況滿足限制，60MPa和80MPa噴油壓力均不適合該工況下的GCI燃燒。從性能輸出來看，40MPa噴油壓力的平均指示壓力和循環(huán)波動均優(yōu)于20MPa噴油壓力，因此在該工況下，40MPa為GCI燃燒的最佳噴油壓力。

從上述結(jié)果來看，80MPa噴油壓力下不存在同時滿足平均指示壓力循環(huán)波動和最大壓力震蕩幅值限制的工況點，而60MPa噴油壓力也僅僅在噴油時刻-22°的工況滿足限制，60MPa和80MPa噴油壓力均不適合該工況下的GCI燃燒。從性能輸出來看，40MPa噴油壓力的平均指示壓力和循環(huán)波動均優(yōu)于20MPa噴油壓力，因此在該工況下，40MPa為GCI燃燒的最佳噴油壓力�；�40MPa的噴油壓力，對噴油量開展進一步的研究。圖4是在噴油時刻為-40°和-36°下平均指示壓力和平均指示壓力循環(huán)波動隨循環(huán)供油量的變化�？梢钥闯觯趦煞N噴油時刻下，平均指示壓力和平均指示壓力循環(huán)波動隨循環(huán)供油量的變化規(guī)律基本一致：從循環(huán)供油量11mg開始，逐漸增加供油量，平均指示壓力明顯增加；但當(dāng)循環(huán)供油量增加到32mg時，進一步增加循環(huán)供油量并沒有明顯增加平均指示壓力，這是由于燃油量過大，燃油和空氣并未達(dá)到理想的混合狀態(tài)，存在較多燃油過濃的區(qū)域，從而導(dǎo)致燃燒不完全。圖5為指示熱效率隨循環(huán)供油量的變化。隨噴油量增加，指示熱效率呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，即使在供油量較低的情況下也依舊如此。這是由于噴油量增加一方面在一定程度上使得燃料不完全燃燒的比例增加，另一方面使得燃燒溫度明顯增加，傳熱損失也隨之大大增加。從圖中還可以看到，當(dāng)循環(huán)供油量高于32mg時，繼續(xù)增加循環(huán)供油量導(dǎo)致指示熱效率急劇降低。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]混合氣分布特性對汽油壓燃影響的數(shù)值模擬[J]. 馬桂香,馬俊生,劉海峰,鄭尊清,堯命發(fā).  燃燒科學(xué)與技術(shù). 2019(03)
[2]汽油壓燃發(fā)動機中燃燒化學(xué)動力學(xué)特性的模擬[J]. 尚冉,張帆,王洋,夏明濤,鐘生輝,劉海峰.  內(nèi)燃機工程. 2019(02)
[3]直噴汽油對反應(yīng)活性控制壓燃負(fù)荷拓展影響的數(shù)值模擬研究[J]. 米姍,王滸,李彩云,堯命發(fā).  內(nèi)燃機工程. 2019(02)
[4]阿特金森/米勒循環(huán)對柴油機性能影響的探究[J]. 白文濤,李明海,司皓月,齊長寶.  鐵道機車與動車. 2018(09)



本文編號：3341686