相比于PFI发动机,GDI发动机的充气效率高、压缩比大且动态响应快,但同时GDI发动机相比于PFI发动机排放更小的微粒,且排放的碳氢化合物60%-80%集中于冷启动阶段。为了能够充分发挥GDI发动机的优势,在气缸内就要获得高质量的混合气,就需要充分了解喷油器的喷雾特性及混合气的形成情况。因此,本文借助于定容弹及光学发动机试验平台,研究喷油器的喷雾特性,并通过Fire软件建立缸内直喷发动机的计算模型,对起动工况下不同参数对GDI发动机缸内混合气的形成过程进行模拟仿真研究。定容弹系统上主要研究了环境背压、环境温度、喷油压力、喷油脉宽、不同掺混比例甲醇汽油及乙醇汽油对喷雾锥角及喷雾贯穿度的影响,结果表明:(1)喷雾锥角及喷雾贯穿度都随着环境背压的增大而逐渐减小。环境背压的增大对喷雾贯穿度的影响较大,对喷雾锥角的影响较小,较大的环境背压不利于燃油的蒸发。(2)喷雾锥角随着环境温度的增大而逐渐减小,并且随着温度的增加,喷雾锥角呈微弱的减小趋势。喷雾贯穿度随着环境温度的增大而有减小的趋势。(3)对于不同的喷油脉宽,喷雾锥角的发展趋势类似,并且锥角角度很接近,并没有明显的差距。随着喷油脉宽的增大,喷雾贯穿度持续增大。所以喷油脉宽对喷雾贯穿度的影响较大,对喷雾锥角的影响较小。(4)随着喷油压力的增大,喷雾锥角是逐渐减小的。喷雾贯穿度随着喷油压力的增大而增大。(5)当乙醇掺混比例较低时,随着乙醇比例的增大,喷雾锥角减小,喷雾贯穿度也减小。(6)当甲醇掺混比例较低时,随着甲醇比例的增大,喷雾锥角增大,喷雾贯穿度减小。光学发动机试验台架上,利用高速摄像机作为拍摄手段,主要研究了冷启动阶段发动机转速及燃油喷射压力对喷雾特性的影响。在研究喷雾锥角时,喷雾右半锥角比较清晰,测量误差小,因此选择喷雾右半锥角作为研究对象。结果表明:(1)在起动工况下,随着发动机转速的提高,喷雾右半锥角增大,喷雾贯穿度有减小的趋势,但这种趋势并不明显。(2)喷雾贯穿度和喷雾右半锥角都随着喷油压力的增大而增大。所以增大喷射压力有利于燃油的蒸发。模拟仿真计算中,分析了喷油压力、发动机转速对混合气形成的影响,得出以下结论:(1)相同转速,不同喷射压力时,随着喷油压力的提高,缸内速度场分布有一定的差别,但区别不大。差别主要是由于缸内气流运动的不稳定性及随机性,以及不同的喷油压力下向缸内喷射的燃油对缸内气流的扰动作用造成的。起动工况时,增大喷油压力有利于缸内易于着火的混合气的形成,但不是喷油压力越大越好。(2)随着发动机转速的增大,缸内流场的运动速度及强度都有所加强。发动机转速范围较低时,转速越高,缸内形成的混合气的质量越好,这主要是由于缸内较强的流场运动促进了缸内燃油的蒸发及运动,有利于发动机的着火及燃烧。