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在解决未来能源和环境问题方面,乙醇被认为是一种具有较大潜力的替代燃料。但现有的汽油和乙醇混合燃料在使用方法上没有充分利用乙醇的优势。由此产生了一种新型的内燃机技术-双燃料复合喷射技术,即乙醇直接喷射加上汽油进气道喷射(EDI+GPI:ethanol direct injection and gasoline Port injection),提供了一种更高效利用乙醇燃料性质的新方法。本课题在一台气道喷射的单缸四冲程汽油机上加装了一套乙醇缸内直喷系统,使之成为双喷射发动机。研究了汽油/乙醇复合喷射策略对发动机燃烧和排放性能的影响,并建立了相应的三维流体动力学模型,详细分析缸内各区域的温度和组分分布特点,探明了缸内污染物生成机理。由试验数据与模拟结果可知:(1)依据试验数据,汽油机加喷乙醇后,随乙醇能量占比的增加,乙醇较快的火焰传播速度使燃烧放热加快,缸内整体燃烧相位提前,最大爆发压力Pmax增高;燃烧持续期CA50(燃料燃烧50%时曲轴转过的角度)和CA90(燃料燃烧90%时曲轴转过的角度)都逐渐缩短;指示热效率增加;发动机容积效率提高,指示平均有效压力(IMEP:indicated mean effective pressure)也呈上升趋势;由于乙醇热值较汽油低,指示燃油消耗率(ISFC:indicated specific fuel consumption)有所上升,指示能耗节省率(ISEC:indicated specific energy consumption)呈下降趋势;乙醇直喷使缸内C原子数降低而含氧量增加,提高了燃烧质量,CO和soot排放量明显低于纯汽油工况;乙醇直喷的充气冷却作用降低了缸内的温度,NO_x排放量降低;由模拟结果可以看出,纯汽油工况下,CO和soot分布于整个气缸空间,而复合喷射工况下,CO和soot主要生成于进气阀下方区域;NO_x生成于气缸中心温度燃烧较高的区域;HC则主要存在于进气阀侧壁面附近。(2)随喷油压力的增大,乙醇喷雾射流的破碎蒸发更加充分,缸内混合气的改善提高了燃烧效率,IMEP上升,ISFC和ISEC下降;缸内充分燃烧使ISCO降低,ISHC由于壁面油膜和间隙作用的增强而上升。(3)当喷油压力固定,随喷油时刻的提前,乙醇的吸热蒸发时间充分,混合气质量变好,燃烧效率提高,发动机的ISFC和ISEC降低,IMEP上升;乙醇蒸发吸热降低了缸内温度,ISNO_x呈降低趋势;ISCO和ISHC变动总体来看较小,受进气阀开启时刻的影响,EDI喷油时刻为130CAD BTDC时两者排放较高。(4)点火提前使缸内整体燃烧压力和温度上升,NO_x排放增多;燃烧混合气不充分导致CO和HC排放增多;而soot被充分氧化,排放量呈下降趋势。