GDI发动机二次喷射策略对油耗和排放影响的试验研究

2018-07-26张伟何博朱素伟钱冬羽付帅飞高圆圆

汽车实用技术 2018年13期

张伟，何博，朱素伟，钱冬羽，付帅飞，高圆圆

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601）

1 前言

随着我国经济建设飞速发展，汽车工业技术也在日益提高，对汽车行业的研究也在日益深入。大气污染日益成为全球关注话题，在对发动机排放生成的探索过程中，发现采用二次喷射对其有着重要影响。GDI发动机通过二次喷射，部分负荷的燃烧稳定性、燃油经济性及排放等都有显著改善。

本文对某款GDI发动机进行二次喷射扫点试验，通过改变二次喷射比例和二次喷油时刻，观察发动机油耗率和排放的变化规律。

2 试验设备及方法

样机为自主开发的某款直喷增压汽油发动机，使用 AVL台架设备。通过AVL缸压传感器和角标仪采集缸压信号和曲轴信号，使用INCA进行参数控制及数据采集，通过Indicom分析燃烧数据。

试验工况为2800rpm，BMEP=13.5bar。首先确定一次喷射的起始时刻为300°CA（一次、二次喷油时刻均为基于点火上止点前的角度），调节二次喷射燃油比例（10%、20%、30%、40%、50%）和二次喷油时刻（40、60、80、100、120、140°CA）。由于喷油控制有最小脉宽要求，二次喷射比例最好不超过一次喷射，所以二次喷射比例扫点范围为10-50%。二次喷油时刻则基于最优点附近扫点。

3 试验结果及分析

3.1 二次喷射对油耗的影响

如图1所示，随着二次喷射对应角度的增大，整体油耗率先下降再上升，在120°CA出现拐点。此时20%比例的油耗率最低，缸内混合均匀，燃烧稳定。

随着二次喷射比例增大，在100°CA以前油耗率整体呈现上升趋势，在120°和140°CA时20%喷射比例的油耗率最低。次喷是在较短时间内进行的油气混合，燃油的雾化时间短，二次喷射比例越大，混合的越不充分，雾化效果较差，导致燃烧和燃油经济性变差。

图1 二次喷射对油耗率的影响

3.2 二次喷射对烟度的影响

如图 2所示，二次喷射比例在 10-50%范围内，喷射比例对烟度值的影响较小。随着喷油时刻的减小，即活塞处于上行压缩行程，由于喷射过晚会导致混合时间过短，燃油雾化、混合不充分，导致在二喷时刻40°CA时，烟度值明显升高。二次喷射时刻越小，活塞湿壁风险越大，也会导致烟度值的大幅上升。

图2 二次喷射对烟度的影响

3.3 二次喷射对NOx的影响

如图三可以看出，随着二喷比例的增大，NOx整体呈现下降趋势。随着二喷的比例增大，喷油量增多，燃油蒸发降低燃烧室温度，NOx值下降。

随着喷油时刻的增大，活塞压缩促进混合气形成，促进良好的燃烧，燃烧温度升高，NOx值上升。

图3 二次喷射对NOx的影响

3.4 二次喷射对CO的影响

如图4所示，随着二次喷射比例增大，CO值增大。因为二次喷射比例增大，混合不均匀，燃烧不充分，易形成CO。随着喷油时刻的增大，二次喷射的混合时间增加，混合更充分，CO整体降低。

图4 二次喷射对CO的影响

3.5 二次喷射对HC的影响

如图5所示，随着二次喷射比例增大，HC值减小，在40%比例时候出现拐点，随着比例继续增大有上升趋势。随着喷油时刻增大，HC值呈上升趋势，在120°CA后减缓。

图5 二次喷射对THC的影响

图6 二次喷射对涡前温度的影响

进气滚流在缸内作垂直方向旋转，在适当的曲轴转角进行二次喷油，油滴经过破碎、蒸发等过程，能量减弱后随滚流运动，此时正值最佳点火时刻，燃烧稳定迅速，热能转换效率提高。试验数据也表明，随着二次喷射值增大，喷油提前，燃烧相对提前，燃烧更充分，排温降低。说明此时的二次喷射时刻有利于缸内燃烧。但是与此同时，较低的排温降低了对实际燃烧中残留未燃烧HC的氧化能力，呈现出动力、经济性的提升，HC排放却恶化的反向规律。