喷油定时对汽油机燃烧和微粒排放的影响及优化

利用燃烧分析仪和快速微粒光谱仪开展了喷油定时对增压直喷汽油机燃烧和微粒排放特性影响的实验研究。结果表明：随着喷油定时的不断推迟，缸内压力、瞬时放热率和缸利用燃烧分析仪和快速微粒光谱仪开展了喷油定时对增压直喷汽油机燃烧和微粒排放特性影响的实验研究。结果表明：随着喷油定时的不断推迟，缸内压力、瞬时放热率和缸内平均温度峰值均先增大后减小，峰值位置先提前后推迟；火焰发展期和快速燃烧期先缩短后增大，存在最佳喷油定时使得循环波动最小。缸内直喷汽油机微粒排放呈现核态和积聚态的双峰值。随着喷油定时的延后，积聚态的微粒峰值数量浓度先降低后增加，核态微粒则呈现相反的变化趋势；积聚态微粒峰值粒径逐渐减小，而喷油定时对核态微粒峰值粒径影响很小；微粒总数量浓度和积聚态微粒数量浓度均呈现先降低后增加的趋势，且不同工况点的喷油定时均存在最佳值，在２８０～３１０℃ＡＢＴＤＣ。内平均温度峰值均先增大后减小，峰值位置先提前后推迟；火焰发展期和快速燃烧期先缩短后增大，存在最佳喷油定时使得循环波动最小。缸内直喷汽油机微粒排放呈现核态和积聚态的双峰值。随着喷油定时的延后，积聚态的微粒峰值数量浓度先降低后增加，核态微粒则呈现相反的变化趋势；积聚态微粒峰值粒径逐渐减小，而喷油定时对核态微粒峰值粒径影响很小；微粒总数量浓度和积聚态微粒数量浓度均呈现先降低后增加的趋势，且不同工况点的喷油定时均存在最佳值，在２８０～３１０℃ＡＢＴＤＣ。

随着雾霾天气频繁出现和ＰＭ２．５指数居高不下，空气污染再次成为社会各界的讨论焦点。汽车排气是导致空气污染的重要原因之一，排气微粒也是城市大气中ＰＭ２．５的主要来源，并且微粒的主要成分多换芳烃及其衍生物是致癌物质［１⁃３］。因此，在能源和环境的双重压力下，欧ＶＩ排放法规对汽油机微粒的排放提出了更加严格的要求，促使国内外学者开始广泛关注汽油机的微粒排放。

随着汽油机向小型强化方向发展，缸内直喷（ｇａｓｏｌｉｎｅｄｉｒｅｃｔｉｎｊｅｃｔｉｏｎ，ＧＤＩ）汽油机发展迅速，相比柴油机的微粒排放，ＧＤＩ汽油机的微粒排放粒径要小１～２个数量级［４⁃５］，粒径在１０００ｎｍ以下，按粒径主要分为核模态和积聚模态两种。核模态的粒径分布范围为５～３０ｎｍ，积聚模态的粒径范围为３０～１０００ｎｍ［６］。这些超细微粒对人体的危害较之粗微粒更加严重［７］。研究表明，发动机微粒排放跟缸内工质混合和燃烧质量有密切联系，而油气混合燃烧过程受制于发动机控制参数的作用［８］。因此，通过研究ＧＤＩ汽油机控制参数对燃烧过程和微粒排放的影响，可进一步分析和控制ＧＤＩ汽油机微粒排放［９⁃１０］。其中喷油定时是ＧＤＩ汽油机主要控制参数之一，显著影响缸内燃烧过程和微粒排放。因此，本文就喷油定时对ＧＤＩ发动机燃烧和微粒排放的影响进行试验分析。