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日益严格的排放法规以及能源的紧缺对内燃机的高效清洁燃烧提出了更严格的要求。汽油压缩着火作为一种新型低温燃烧模式,在对原机改动较小的前提下具有同时实现高效、低排的特点。国内外针对汽油压缩着火进行了大量的研究,表明进气条件和喷油时刻等参数对其高效燃烧起到至关重要的作用,但是鲜有研究在宽负荷范围内协同优化燃料活性和燃烧技术并实现高效清洁燃烧。本文以多缸柴油机为基础,将第四缸改装为试验缸,协同调节了进气条件、喷油时刻、废气再循环(Exhaust Gas Recirculation:EGR)、混合气制备策略以及燃料活性,旨在实现宽负荷范围内汽油类燃料的高效清洁燃烧。本文以辛烷值表征燃料活性,使用了由正庚烷和异辛烷组成的研究法辛烷值分别为90、80、70和60的基础参考燃料(记为PRF90、PRF80、PRF70和PRF60),在不同工况下研究了四种参比燃料的汽油压缩着火的燃烧和排放特性,并与实际低辛烷值汽油进行对比。本文首先在缸内单次喷射条件下,研究了进气压力对四种PRF燃料的汽油压缩着火燃烧和排放的影响,在此基础上探究了宽负荷范围内进气温度对PRF90的影响,并进一步共同调节了进气温度和燃料辛烷值来优化汽油压缩着火的燃烧和排放性能。试验结果表明,进气压力的升高使得压缩终了时的缸内压力上升,从而有效提高了汽油压缩着火的燃油经济性,并降低了CO、THC以及烷烃、烯烃和醛类等非常规气体的排放。进气压力的升高也增加了缸内新鲜空气量,降低了缸内最高气体平均温度,从而使得NO_x排放降低。适当地提高进气温度可以显著改善小负荷下汽油类燃料的压缩着火性能,从而改善了燃油经济性,降低了CO、THC和非常规气体的排放,但缸内温度的升高会导致较高的NO_x排放。然而,当进气温度过高时反而降低了燃油经济性。此外,随着燃料辛烷值的降低,进气温度对汽油压缩着火的燃烧和排放的影响逐渐减小。因此可以总结为:小负荷下适当地增加进气温度、所有负荷工况下均采用进气增压,可以实现宽负荷范围内的汽油压缩着火的高效燃烧。然而仅调节进气条件不足以解决中高负荷下NO_x排放较高等问题。为探究不同活性的燃料在各个负荷下喷油时刻的调节范围,并实现稳定、高效且清洁的燃烧,本文以最大压力升高率和NO_x排放等参数为指标,开展了关于喷油时刻和模拟EGR对汽油压缩着火的燃烧和排放性能的影响的试验研究。试验结果表明,不同活性的燃料在各个负荷下的喷油时刻调节范围和实现高效稳定燃烧的最佳喷射时刻均有所不同;引入EGR会增加燃空混合气的比热容并降低缸内氧浓度,进而明显降低了所有燃料的NO_x排放。此外,EGR对不同活性燃料的影响也有明显区别。辛烷值较高的PRF90对EGR率的变化更为敏感,其燃烧和排放等参数均随EGR率的升高而明显改变。基于上述研究可知,协同调节燃料活性、进气条件、喷油时刻和EGR等参数,可在缸内单次喷射条件下实现宽负荷范围内汽油压缩着火的高效清洁燃烧。随后,本文引入气道喷射,通过改变混合气制备策略来优化汽油压缩着火的燃烧和排放特性。首先在气道喷射下研究了四种参比燃料的燃烧和排放特性;同时还对比了气道喷射结合缸内直喷(以下简称:双喷条件)和缸内单次喷射下的燃烧和排放特性。试验结果表明,与缸内单次喷射相比,气道喷射具有较低的指示热效率,大多数工况下均不超过40%。但气道喷射在NO_x排放方面具有明显的优势:所有测试工况下,气道喷射下的NO_x排放均不超过10 ppm,部分工况下甚至不超过1 ppm。在大负荷工况下,双喷条件下的最大压力升高率比缸内单次喷射低,但是其热效率也较低。值得注意的是,引入气道喷射后,燃料较早的进入气缸,较多的燃料在压缩行程中被挤入边界层,这部分燃料在膨胀行程中被释放造成燃料的不完全燃烧,因此气道喷射和双喷条件下的CO、THC以及烷烃、烯烃和醛类等非常规气体排放较高。此外,燃料活性在不同混合气制备策略下的燃烧特性也有明显差异。在气道喷射下,辛烷值较高的PRF90的运行范围为4~5bar,而辛烷值较低的PRF70和PRF60的运行范围为1~4 bar。在双喷条件下,辛烷值较高的PRF90仅呈现了两阶段放热,且第一阶段低温放热峰值明显低于其他燃料。本文已基于PRF燃料实现了宽负荷范围内高效清洁的汽油压缩着火燃烧,且PRF70和PRF80具有较高的热效率。为了更全面了解汽油压缩着火燃烧,本文在上述研究基础上,对比了PRF80、PRF70和两种低辛烷值汽油(辛烷值分别在80和70左右,记为G80和G70)的燃烧和排放特性。研究表明,缸内单次喷射条件下,实际汽油因含有较多的轻质以及绝热火焰温度较高的组分,蒸发较为充分且放热速率较高,从而获得良好的燃油经济性;气道喷射条件下,低辛烷值汽油与PRF燃料的运行范围和控制策略存在明显差异,G70仅能在3~4 bar下燃烧,而G80仅当进气温度为50 ~oC时才能在4~5 bar下燃烧;且在气道喷射和双喷条件下,G70和PRF燃料呈现了明显的低温放热特性,而G80则没有呈现低温放热特性。在排放方面,低辛烷值汽油的CO、THC和非常规气体排放在小负荷及气道喷射条件下较高,而在中大负荷工况下由于较高的放热速率则比较低。综合本文的研究可知,协同调节进气条件、喷油时刻、EGR、混合气制备策略和燃料辛烷值可在宽负荷范围内实现汽油类燃料的高效清洁燃烧。辛烷值为70左右的燃料在宽负荷范围内呈现了最高的指示热效率:在缸内单次喷射下G70可获得50%以上的指示热效率。在燃烧特性方面,宽负荷范围内大多数工况下最大压力升高率均可控制在10 bar/~oCA以下。在排放方面,通过采用合适的EGR率,可将NO_x排放控制在500 ppm以下,尤其是气道喷射在自然吸气和不需要EGR的条件下即可获得接近于0的NO_x排放。