缸内直喷汽油机排放的新特征



缸内直喷汽油机排放的新特征

20世纪末期，配备缸内直喷汽油机的轻型载货车已经实现商业化，但直到近些年才得到快速发展。对制造商来说，采用涡轮增压缸内直喷汽油机取代正在应用的大排量汽油机是满足日益严格的燃油经济性法规的一项有效措施。该汽油机在高负荷条件下具有较高的容积效率，使其具有较好的性能优势。但是，与进气口喷射相比，缸内直喷将产生较高的颗粒物排放，排放水平甚至超过配备柴油微粒过滤器的柴油机，这在很大程度上限制了缸内直喷技术的应用，而采用乙醇等生物燃料可以很好地解决该问题。为此，本文将通过试验对缸内直喷汽油机的排放进行研究，分析采用不同混合燃料对汽油机排放的影响。

试验采用的发动机为美国通用公司生产的2.0L 4缸汽油机。该发动机为缸内直喷火花塞式点火汽油机，并采用涡轮增压系统，其上配备2个独立的凸轮驱动气门。在整个试验过程中，发动机转速维持在2600r/min，缸内平均有效压力维持在0.8MPa，燃油喷射系统的喷射压力设定为8.5MPa，喷射开始时间为曲轴转角在323°～329°时。试验采用3种不同的燃料，分别为抗爆指数87的汽油（E0）、抗爆指数87的汽油与30%乙醇混合形成的混合燃料（E30）、抗爆指数87的汽油与48%的异丁醇混合形成的混合燃料（iBu48）。对汽油机燃烧产生的颗粒物尺寸和质量、有机碳和无机碳、HC形态、醛类化合物和酮类化合物含量进行分析。其中，颗粒物排放采用奥地利AVL公司的Microsoot传感器测量。对排放的颗粒物质量进行测量时，在一个环境可控的试验室中采用一个直径为70mm的过滤器，其上覆盖20×25cm的聚四氟乙烯膜滤纸。通过该过滤器前后的质量变化，确定颗粒物质量，质量测量的灵敏度为1μg。试验结果显示：E0产生的颗粒物排放最多，其次是iBu48，颗粒物排放最好的为E30，3种燃料相应颗粒物直径分别为39.6、49.8、51.2nm。

John M.Storey et al.SAE 2014-01-1606.

编译：王祥