小型发动机汽油喷射和汽油-甲烷喷射的试验分析



小型发动机汽油喷射和汽油-甲烷喷射的试验分析

直喷式（DI）发动机对空燃比的控制更加精确，改善了燃油经济性，且分层产生的超稀薄燃烧减少了尾气排放。减少废气排放也能通过优化过的空气直喷获得，空气直喷能在低速和低负荷的情况下通过增强湍流来提高燃烧稳定性。在本文中，分析了进气道中汽油喷射（G-PFI）燃烧和汽油-甲烷双燃料喷射（G-MDF）稀薄燃烧。为了区分直喷甲烷的化学效应与物理反应，用一个小排量进气道喷射/直喷汽油机进行试验。火花点火4冲程发动机配备了一个直喷式244mL发动机气缸盖，进行了缸内压力的测定且对平均指示压力以及变异系数进行了评估。利用二维数字成像光学测量，能够在高精度空间和时间上来分析燃烧过程；特别是其能够跟踪火花点火过程且评估火焰传播速度。利用气体分析仪对CO、CO2、HC和NOx等排放物进行了分析。汽油-甲烷双燃料进气道喷射和汽油-空气进气道喷射可以提高重汽油蒸发和汽油均匀气化。此外，对于汽油-甲烷双燃料进气道喷射，甲烷的存在以及与汽油重烃的化学效应能够提高燃烧率。

发动机中为了再现分层燃烧或增加湍流，汽油在进气歧管喷射，而甲烷和空气在燃烧室直接喷射，发动机配备了一个商用250mL发动机气缸盖，进行了热力学分析和光学测量。结果显示，双燃料和汽油-空气混合条件下的平均指示压力变异系数更低。光学测量表明，双燃料条件下的火焰向前传播速度比在纯汽油燃烧条件下更快，并且空气直接喷射引起的湍流增加也会产生类似的火焰传播速度。随着火花向前传播速度的提高，甲烷和汽油的相互作用加强了负荷分层的效果。燃油消耗方面，甲烷/空气直喷使气缸内的湍流得到改善，从而提高混合气形成的燃烧效率。空气直接喷条件下，对碳氧化合物（CO、CO2）和NOx的冷却影响更低，从而提高燃烧效率。

Sajeev Silvester et al.SAE 2015-24-2459.

编译：杨昆