PFI技术和DI技术对小型化汽油机性能的影响

在过去10年里，发动机最主要的两个发展趋势是小型化和直喷（DI）技术。这两种技术的发展在提升发动机效率的同时也给发动机的优化提出了新的挑战。尤其是在高负荷情况下，为了保持发动机的输出功率，小型化发动机的燃烧控制要比普通自然吸气式发动机的控制更加精确。对缸内局部燃烧过程进行了研究，从试验和数值计算的角度对比分析PFI（进气口燃油喷射）和DI技术对满负荷工况下发动机性能的影响。

试验采用一台排量300mL的发动机，装备了双重燃料供给系统以及3个喷射器。其中，2个喷射器装备在进气管处供PFI操作使用；另外1个喷射器供DI操作使用。通过进气管和排气管处的静压力传感器、温度传感器以及曲轴压力传感器来监测发动机的状况。对采集的试验数据进行分析表明，相对于PFI技术，DI技术的优势在于其冷却效果改善了气缸内的混合状况并减小了爆震发生的倾向，而DI技术的缺陷是其限制了发动机的峰值功率，同时造成燃烧室大规模的混合不均匀性，导致CO排放增多，进而影响了发动机的燃油效率。

发动机运行在满负荷工况时，利用光学诊断技术研究燃料的混合情况是不可取的，因为此时的缸内压力和温度超过透明材料的承受范围。因此，利用3D CFD RANS软件，对发动机的进气、喷射、燃烧和污染物形成过程（包括详细的化学反应信息）进行计算以补充试验数据。基于3D CFD RANS软件计算求解得到气缸内混合不均匀性与CO排放水平之间的线性关系。

此外，通过3D CFD RANS软件对缸内感应诱导型流体运动与喷射诱导型流体运动情况进行了分析。对于特定的发动机而言，喷射正时对缸内湍流强度的影响至关重要，增强缸内湍流强度可以加快燃烧速度，减小爆震倾向，但是增强湍流强度将增大燃料混合的不均匀性。因此，对于燃烧速度与不均匀性的程度之间存在折中的最优喷射正时。

Vincent Knop et al. SAE 2013-01-1103.

编译：郭明超