汽油压燃低温燃烧的基础研究

Combustion stability under light load conditions and combustion reaction rate and soot emission control under high load conditions are the bottlenecks for gasoline compression ignition (GCI) low-temperature combustion. In the current study, a new approach based on variable valve actuation (VVA), external EGR and compound injection strategy that can extend the operating range of GCI low temperature combustion will be proposed, and fundamental investigation on GCI low temperature combustion mechanism will be conducted. The study includes the following aspects: The mixture formation mechanism for gasoline fuel under ultra-high injection pressure condition (>50 MPa); The effects of fuel properties on the GCI low temperature combustion process; The effects of in-cylinder thermal condition control through internal and external EGR, and also mixing characteristic on the auto-ignition, combustion process and combustion stability under low load conditions will be studied, and technical routine through the optimized control of internal EGR, external EGR and injection strategy that can improve the combustion stability under load conditions will be proposed; The effects of compound injection strategy (port injection and direct injection gasoline) on the mixture stratification, combustion reaction process and pollutant formation mechanism will be studied, and load extension strategy based on compound injection strategy will then be explored. The study has important theoretic significance for in-depth understanding of GCI low temperature combustion mechanism, and very important guiding value on the exploration of technical routines to achieve clean and high efficiency gasoline compression ignition combustion.

小负荷工况燃烧稳定性和大负荷工况燃烧反应速率控制及碳烟排放是汽油压燃低温燃烧面临的瓶颈问题，本项目提出基于可变气门机构（VVA）、外部废气再循环（EGR）以及复合喷射策略扩展汽油压燃低温燃烧工况范围的新方法，系统开展汽油压燃低温燃烧的基础研究。具体包括：研究汽油燃料在超高喷射压力（＞50 MPa）条件下的混合气形成机理；揭示燃料特性对汽油压燃低温燃烧的影响规律；研究内、外部EGR耦合的缸内热力学状态控制及混合气分布特性对小负荷自燃着火、燃烧过程和燃烧稳定性的影响机理，探索基于内、外部EGR耦合和喷油控制提高小负荷燃烧稳定性的技术途径；研究汽油复合喷射策略对缸内混合气分层、燃烧反应过程和有害排放生成的影响机理，探索基于复合喷射的汽油压燃低温燃烧大负荷控制策略。本研究对深入认识汽油压燃低温燃烧的燃烧反应机理具有重要理论意义，对于寻求汽油压燃高效清洁燃烧的实现途径具有重要指导价值。

汽油压燃低温燃烧具有实现低排放和高热效率的潜力，但其存在小负荷工况燃烧稳定性和大负荷工况燃烧反应速率控制及碳烟排放的瓶颈问题。本项目系统开展了汽油压燃低温燃烧的基础研究，并探索了汽油压燃低温燃烧负荷的控制策略。采用光学诊断方法，研究了汽油燃料高压喷射喷雾混合特性、部分预混压燃火焰发展特性及不同喷射策略对汽油压燃喷雾混合和燃烧过程的影响。构建了适用于汽油压燃低温燃烧多维数值模拟的汽油燃料多组分替代物简化动力学模型；采用数值模拟方法研究了汽油压燃碳烟生成机理，研究了内部EGR、进气压力和喷油策略对汽油压燃小负荷燃烧的影响，以及复合喷射策略对汽油压燃混合气分布、燃烧反应以及碳烟生成过程的影响。采用台架试验方法，系统研究了燃料辛烷值、敏感性、含氧特性以及汽油掺混PODE对汽油压燃燃烧和排放特性的影响，研究了两次喷射策略和复合喷射策略对汽油压燃大负荷工况燃烧和排放特性的影响，探索了基于排气门两次开启的汽油压燃小负荷控制策略以及基于进气门晚关的汽油压燃大负荷控制策略。基于以上研究，开发了多缸重型汽油压燃原理性样机，进行了不同工况下喷油压力、燃烧相位以及多次喷射参数等的优化，确定了适应样机不同工况的控制策略，最终结果表明，该样机获得了良好的热效率和排放。这一研究对于深入认识汽油压燃低温燃烧机理具有重要的理论意义，对探索汽油压燃控制策略具有较高的实用价值。