先进增压直喷(GDI)汽油机喷油器积碳形成机理及理化特性研究

The formation mechanisms，evolutions and physicochemical properties of injector deposit in a supercharged direct injection gasoline engine (GDI) will be studied. The influence of injection pressure and pulse width, ignition timing and fuel composition (olefin, sulfur and T90) on injector deposit formation will be investigated. An injector deposit simulator with adjustable injecting environment temperature, pressure and oxygen concentration will be set up to analyze the factors which affect the phase and functional groups changing in deposits accumulating process. The spray atomization and evaporation model will be proposed and the research on impact of injector deposits on spay geometry, flow, drop-size and air-fuel distribution will be carried out by simulating and experimental measuring. The control strategy of combustion to suppress the injector deposit formation will be achieved by making out the influence of injector deposits on the engine power, fuel consumption and emissions. Some original results will be derived, which can enrich and develop the deposit formation theory of GDI engines and provide theoretical basis for further reducing the deposits.

开展缸内直喷增压汽油机(GDI)喷油器积碳的生成机理、演化规律及理化特性的基础研究。研究不同燃烧控制因素（喷油压力、喷油脉宽、点火提前角）、不同组分（烯烃、硫含量以及90%馏程温度）的燃油对喷油器积碳形成的影响规律；建立喷油器积碳形成模拟实验装置，控制温度、压力和氧浓度，分析影响积碳形成过程中相态改变和官能团变化的因素；建立不同程度积碳喷油器的燃油喷射、雾化及蒸发模型，利用实验和数值模拟相结合的方法，分析积碳对喷雾结构、喷雾流场、粒径分布、混合气浓度分布等雾化因素的影响，明确积碳程度对喷雾的影响规律；分析喷油器积碳对发动机动力性、经济性以及排放性能的影响，获得抑制积碳形成的燃烧控制策略；提出相关的原创性成果，丰富和发展GDI发动机积碳形成理论，为进一步采取措施降低积碳提供理论依据。

相比于传统进气道喷射汽油机，直喷汽油机的喷油器直接暴露在缸内燃烧的环境中，更容易在喷油器头部形成积碳，从而影响混合气质量，造成发动机性能的下降。本项目的研究工作围绕GDI发动机喷油器积碳进行，主要进行了GDI发动机喷油器积碳形成机理研究、GDI发动机喷油器积碳对喷雾特性影响的研究和喷油器积碳对发动机性能影响的研究，主要研究进展包括：1）开发了一套实验室尺度下GDI喷油器模拟积碳形成装置并证明了实验室尺度下喷油器积碳研究的可能性，该装置可快速形成喷油器积碳，同时在该装置下还可以进行单一因素对喷油器积碳的影响研究，以便探寻积碳形成的机理；2）对GDI喷油器积碳形貌和理化特性进行了研究，通过通过X射线能谱和FTIR分析得出了高温喷油器表面形成积碳时经历了轻组分的挥发、部分长链结构组分裂解、重组分的浓缩、重组分高温氧化产生大量羟基和氧化合物、积碳的生长和积累等过程的结论；3）对积碳喷油器喷雾落点情况进行了研究，探究了积碳喷油器各个喷孔喷雾的落点形态和油量的质量分布状况，得到了积碳喷油器喷雾落点质心的偏移规律，得到了喷雾落点质心可以作为GDI喷油器积碳评价体系重要指标的结论；4）对喷油器尾喷及积碳形成相互作用机制进行了研究，结果表明喷油器在实际喷射过程的针阀二次弹起的现象引起的尾喷燃油在破碎过程中严重影响雾化质量，高喷射压力和高燃油温度有利于喷油器尾喷油束的蒸发破碎，但对于已经积碳的喷油器来说，高喷射压力会增大积碳对燃油的吸附量，高温燃油使喷油器头部温度升高，从而加速积碳的积累；5）对喷油器积碳与GDI发动机运行参数相互作用机制进行了研究，得到了在高碳烟下相同时间内形成的积碳量更多，较高的缸内温度会促进燃油以及润滑油等成分的蒸发裂解，从而使喷油器头部积碳更为致密的结论，进而获得了抑制积碳形成的初步控制策略。本项目的研究成果丰富和发展了GDI发动机积碳形成理论，为进一步采取措施降低积碳提供了理论和实践的依据。