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汽油压燃(GCI)低温燃烧具有在较为宽广的工况范围内同时实现低NOx与soot排放和高热效率的潜力,被认为是能够满足未来严格排放法规和高热效率目标的新型燃烧方式之一。小负荷工况下,受汽油自燃着火特性差和缸内低的温度、压力等条件影响,GCI燃烧稳定性较差,对边界条件变化较为敏感,如何有效提高小负荷下的燃烧稳定性是GCI燃烧的难点。研究发现,采用可变气门系统(VVA)实现的内部EGR策略是改善小负荷燃烧的有效途径;但在小负荷向中等负荷过渡的过程中,仅采用内部EGR策略会面临排放增加的问题。本文针对GCI燃烧模式小负荷工况,开展了小负荷工况拓展以及喷油与EGR耦合燃烧控制策略改善小负荷燃烧和排放的多维数值模拟研究工作。本课题组前期试验工作表明,在2.2bar进气压力下,GCI燃烧模式能够稳定运行的最小负荷极限为4.6bar,因此本文首先对GCI燃烧模式小负荷极限拓展进行了数值模拟研究,主要研究了内部EGR策略和进气增压对小负荷拓展的影响。小负荷工况拓展计算结果表明,在适当的范围内提高内部EGR将使其对缸内温度的提升作用占主导地位,从而改善燃烧;采用进气增压可以提升缸内压力和混合气氧浓度;通过喷油时刻的优化可以改善缸内混合气分层情况,从而进一步改善燃烧。计算得到在2.3bar的IMEP下,燃烧效率达到97%,因此采用适当的内部EGR、进气增压和优化的喷油正时可以有效拓展GCI燃烧小负荷运行范围。为进一步探索改善燃烧和排放的途径,对GCI燃烧模式小负荷不同工况下喷油和EGR耦合控制策略进行了数值模拟研究。结果表明,在IMEP约为3.2bar的工况下,采用两次喷射可以通过改善缸内混合气分布提高燃烧效率和IMEP。对缸内温度和混合气浓度分布特性的分析结果表明,两次喷射策略可以控制缸内混合气分布,提高缸内高温区和高当量比区域的重叠度,从而使燃烧得到改善。采用两次喷射策略并选择合适的喷油时刻和比例,燃烧效率提升约6.5%;此外,虽然采用内部EGR策略可以在较低负荷下改善燃烧和排放,但soot排放随负荷的提高而增加。研究结果表明,在IMEP约为4.5bar的工况下,采用内外部EGR策略,缸内温度随外部EGR率的提高而降低,滞燃期也逐渐延长,因而NOx和soot排放都有所降低;同时,采用两次喷射策略可以改善缸内混合气分布,减少局部过浓和高温区域,从而实现NOx和soot排放的进一步降低。因此,可以采用内外部EGR耦合两次喷射策略实现GCI小负荷下的高效清洁燃烧。