PFI技術和DI技術對小型化汽油機性能的影響

?

PFI技術和DI技術對小型化汽油機性能的影響

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

試驗采用一臺排量300mL的發動機，裝備了雙重燃料供給系統以及3個噴射器。其中，2個噴射器裝備在進氣管處供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測發動機的狀況。對采集的試驗數據進行分析表明，相對于PFI技術，DI技術的優勢在于其冷卻效果改善了氣缸內的混合狀況并減小了爆震發生的傾向，而DI技術的缺陷是其限制了發動機的峰值功率，同時造成燃燒室大規模的混合不均勻性，導致CO排放增多，進而影響了發動機的燃油效率。

發動機運行在滿負荷工況時，利用光學診斷技術研究燃料的混合情況是不可取的，因為此時的缸內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，對發動機的進氣、噴射、燃燒和污染物形成過程（包括詳細的化學反應信息）進行計算以補充試驗數據。基于3D CFD RANS軟件計算求解得到氣缸內混合不均勻性與CO排放水平之間的線性關系。

此外，通過3D CFD RANS軟件對缸內感應誘導型流體運動與噴射誘導型流體運動情況進行了分析。對于特定的發動機而言，噴射正時對缸內湍流強度的影響至關重要，增強缸內湍流強度可以加快燃燒速度，減小爆震傾向，但是增強湍流強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噴射正時。

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

編譯：郭明超