燃油喷射压力对GDI发动机喷射及燃烧特性的影响

发动机的燃油经济性和排放是发动机设计最值得关注的两个方面。将火花点火（SI）发动机的喷射系统设计为汽油直喷（GDI）形式，有很大潜力可以改善燃油经济性和废气排放。由于GDI发动机提供了极大的灵活性，并能精确控制供油量、燃油喷射定时、喷射持续时间以及喷射次数，因此可以改善燃油经济性、瞬态响应以及低温冷起动HC排放水平。然而，在GDI发动机中，燃烧过程的热效率在很大程度上依赖于燃料与空气混合的品质，而燃料与空气的混合状况通常取决于燃料喷射参数和喷射特性。发动机的燃油喷射压力对发动机的喷射特性以及燃烧特性有很大影响，对一台单缸GDI发动机进行测试，并利用光学诊断技术对燃烧室进行可视化操作，研究燃油喷射压力对GDI发动机喷射及燃烧特性的影响。发动机测试条件为1500r/min，并在以下不同工况下进行了测试。

首先，在满负荷情况下进行测试，并保持喷射器的喷射角度不发生变化，燃料喷射压力分为5MPa和10MPa。由测试结果可知，燃料喷射压力为10MPa时的尖端渗透距离比5MPa燃料喷射压力下的距离长，这主要是由于燃料喷射压力为10MPa情况下燃料通过喷嘴的压降大。

其次，在部分负荷下对发动机进行测试。通过米氏散射技术获取发动机的燃烧图像，从中可以观察到，10MPa燃料喷射压力下的火焰生长速率高于5MPa燃料喷射压力下的火焰生长速率。此外，较高的喷射压力还可以改进燃料的雾化效果，更好的混合燃料。因此，较高的注射压力导致更快的燃烧速度。

最后，在5MPa燃料喷射压力情况下对发动机进行测试，试验工况分为满负荷工况和部分负荷工况。通过测试结果可知，在喷射初始阶段，两种负荷下的尖端渗透率相对变化不大，但随着曲轴位置的变化，部分负荷情况下的尖端渗透率大于满负荷情况下的尖端渗透率。

综合以上的测试结果可得到如下结论：燃油喷射压力越高，喷嘴的穿透能力越强，喷雾面积越大，燃料混合效果越好，火焰生成及燃烧速度越快。

Mayank Mittal et al. SAE 2014-01-2604.

编译：郭明超