燃油噴射壓力對GDI發動機噴射及燃燒特性的影響

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燃油噴射壓力對GDI發動機噴射及燃燒特性的影響

發動機的燃油經濟性和排放是發動機設計最值得關注的兩個方面。將火花點火（SI）發動機的噴射系統設計為汽油直噴（GDI）形式，有很大潛力可以改善燃油經濟性和廢氣排放。由于GDI發動機提供了極大的靈活性，并能精確控制供油量、燃油噴射定時、噴射持續時間以及噴射次數，因此可以改善燃油經濟性、瞬態響應以及低溫冷起動HC排放水平。然而，在GDI發動機中，燃燒過程的熱效率在很大程度上依賴于燃料與空氣混合的品質，而燃料與空氣的混合狀況通常取決于燃料噴射參數和噴射特性。發動機的燃油噴射壓力對發動機的噴射特性以及燃燒特性有很大影響，對一臺單缸GDI發動機進行測試，并利用光學診斷技術對燃燒室進行可視化操作，研究燃油噴射壓力對GDI發動機噴射及燃燒特性的影響。發動機測試條件為1500r/min，并在以下不同工況下進行了測試。

首先，在滿負荷情況下進行測試，并保持噴射器的噴射角度不發生變化，燃料噴射壓力分為5MPa和10MPa。由測試結果可知，燃料噴射壓力為10MPa時的尖端滲透距離比5MPa燃料噴射壓力下的距離長，這主要是由于燃料噴射壓力為10MPa情況下燃料通過噴嘴的壓降大。

其次，在部分負荷下對發動機進行測試。通過米氏散射技術獲取發動機的燃燒圖像，從中可以觀察到，10MPa燃料噴射壓力下的火焰生長速率高于5MPa燃料噴射壓力下的火焰生長速率。此外，較高的噴射壓力還可以改進燃料的霧化效果，更好的混合燃料。因此，較高的注射壓力導致更快的燃燒速度。

最后，在5MPa燃料噴射壓力情況下對發動機進行測試，試驗工況分為滿負荷工況和部分負荷工況。通過測試結果可知，在噴射初始階段，兩種負荷下的尖端滲透率相對變化不大，但隨著曲軸位置的變化，部分負荷情況下的尖端滲透率大于滿負荷情況下的尖端滲透率。

綜合以上的測試結果可得到如下結論：燃油噴射壓力越高，噴嘴的穿透能力越強，噴霧面積越大，燃料混合效果越好，火焰生成及燃燒速度越快。

Mayank Mittal et al. SAE 2014-01-2604.

編譯：郭明超