第7期 牟江峰,等:缸内直喷汽油机复合燃烧技术
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本文方案如图2所示.在进气冲程,通过滚流分层充气方法将再循环的废气和新鲜空气分层,形成形如馅饼的废气 空气 废气状态,由此大大提高了发动机对EGR的耐受力,实现了高达30%以上的EGR率.混合气分层可以一直保持到压缩冲程后
期,因此减小了废气对火花塞点火的影响.在燃烧冲程,滚流消失,废气与其他混合气掺混,此时可发挥废气对燃烧速度和燃烧温度的影响,最大程度地降低燃烧噪声,减少NOx排放.
图2 废气EGR分层充气示意图
合作用.在启动工况,由进气管稳压腔上的辅助喷油
3 复合喷射方案设计
3 1 复合喷射燃烧室设计
与复合燃烧系统相配合的燃烧室及活塞如图3所示.由于采用当量比燃烧的高压喷嘴与火花塞相距较远,所以缸内喷雾采用壁面引导.如图4所示,喷嘴的喷雾与火花塞上的特制导流槽相配合,使得喷油开始时刻为进气上止点后60(.对于喷嘴喷出的油束,5束中的2束喷向排气门,3束喷向活塞,并在缸内形成如图4所示的反滚流,另外再配合进气管稳压腔上的低压喷嘴,使缸内形成均质混合气.所以,在进气行程,缸内气流运动以滚流为主;在压缩行程,缸内运动以滚流和挤流为主.配合EGR,使得缸内形成的废气在缸壁四周,新鲜可燃混合气在气缸中心,从而形成馅饼型混合气.
实施复合燃油喷射技术将解决GDI启动、怠速和小负荷工况下未燃HC排放量较大的问题.为了使4个进气管都能均匀地喷射燃油,本文将辅助喷油器放置在稳压腔之上.复合燃油喷射技术结构如图5所示.
本文方案将在带预热的进气岐管稳压腔内设置了一个辅助低压喷油器,其与缸内直喷主喷油器联
器供油,燃油经稳压腔、进气歧管、进气道进入缸内,这样燃油不仅有充足的气化时间,而且有良好的加热条件,因而启动工况下无需喷油加浓.同时,各缸采用缸内不均匀喷射方式,2个缸稀燃,2个缸加浓,其排气经催化器氧化后生热,使得催化器迅速升温,从而未燃HC排放问题得以解决.
在其他工况下,由稳压腔上的辅助喷油器供油.由于气化混合时间充足,所以提供的优质均质混合气保证了火花塞远端不会发生熄火现象.缸内主喷油器提供的另一部分燃油,使火花塞处形成较浓混合气,这利于火核形成和传播,由此解决了GDI易出现混合气局部过浓、过稀区带来的HC排放问题.3 2 实验结果
从图6、图7中可以看出:复合燃烧系统可以有效降低冷启动工况下的HC排放,降低幅度达50%左右;EGR可以在不同负荷下有效降低NO排放.EGR率REGR)20%时,NOx的排放基本没有变化,随着EGR阀开度的加大,NOx的排放明显降低;REGR=50%时,与EGR阀关闭相比,NOx的排放降低了61%.考虑到REGR对燃油经济性的影响,REGR应选择在45%.