預(yù)燃室點(diǎn)火式汽油機(jī)稀薄燃燒特性試驗(yàn)研究

摘要： 基于測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)架對(duì)被動(dòng)預(yù)燃室增壓直噴汽油機(jī)在不同工況下的效率特性、燃燒特性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及排放特性進(jìn)行了研究。采用3次噴射策略形成稀薄燃燒環(huán)境（過(guò)量空氣系數(shù)為1.3），發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 800 r/min，2 000 r/min。結(jié)果表明：同一轉(zhuǎn)速條件下，增壓預(yù)燃室發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)荷增加時(shí)，有效熱效率和有效機(jī)械效率呈上升趨勢(shì)，但超過(guò)一定范圍，有效熱效率下降；CA10，CA50，CA75，CA90和最大爆震指數(shù)隨負(fù)荷增大呈上升趨勢(shì)，同時(shí)燃燒循環(huán)變動(dòng)率也可以控制在0.35%以下；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 800 r/min，較小負(fù)荷時(shí)的燃油消耗率最低可達(dá)242.1 g/（kW·h）；NOx，HC和CO排放與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況密切相關(guān)，隨負(fù)荷增加呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，Soot排放可控制在0.13 mg/m3。

關(guān)鍵詞： 預(yù)燃室式燃燒室；汽油機(jī)；稀薄燃燒；燃油消耗率；排放；噴油策略

DOI： 10.3969/j.issn.1001-2222.2024.04.003

中圖分類(lèi)號(hào)：TK413.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B文章編號(hào)： 1001-２２２２（２０24）０4-００17-０7

隨著二氧化碳和污染物排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，提高能源效率和控制污染物排放已成為全球亟待解決的問(wèn)題。為了提升發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，新型點(diǎn)火技術(shù)［1］、先進(jìn)燃燒技術(shù)［2-3］以及替代燃料技術(shù)［4-5］已成為各國(guó)研究的焦點(diǎn)。稀薄燃燒是一種降低汽油機(jī)油耗和污染物排放的前沿燃燒技術(shù)，該技術(shù)可突破傳統(tǒng)汽油機(jī)空燃比燃燒邊界，實(shí)現(xiàn)低溫燃燒，能夠提高汽油機(jī)熱效率，減少排放，研究表明高度稀燃時(shí)這些優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯［6］。但實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒存在著火困難、點(diǎn)火不可靠、燃燒不穩(wěn)定、燃燒速度低等問(wèn)題，這也成為了限制稀薄燃燒技術(shù)在車(chē)用汽油機(jī)上廣泛應(yīng)用的主要原因［7-8］。在稀薄操作條件下，針對(duì)傳統(tǒng)火花塞系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量燃燒的特點(diǎn)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多新的點(diǎn)火系統(tǒng)，其中最有潛力的是預(yù)燃室射流點(diǎn)火系統(tǒng)。預(yù)燃室射流點(diǎn)火方式的主要優(yōu)點(diǎn)包括稀薄運(yùn)行、高熱效率、低NOx排放［9］。這種火焰?zhèn)鞑シ绞矫黠@提升了火焰射流在主燃燒室中的燃燒速度，可以減少HC的形成［10］。預(yù)燃室噴射點(diǎn)火系統(tǒng)具有較好的燃燒控制性，由于實(shí)現(xiàn)多個(gè)分布的射流點(diǎn)火區(qū)域，可以明顯提升燃燒速度，這一優(yōu)勢(shì)可顯著提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，并減少爆震形成趨勢(shì)［11］。

近年來(lái)，預(yù)燃室燃燒已被廣泛研究以擴(kuò)展發(fā)動(dòng)機(jī)的稀燃極限。MAHLE公司［12］對(duì)被動(dòng)預(yù)燃室在油耗、燃燒、結(jié)構(gòu)、排放等方面進(jìn)行了持續(xù)的研究，并顯著降低了多缸機(jī)油耗。IAV公司［13］也對(duì)預(yù)燃室燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了研發(fā)，包括冷卻系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)、爆震測(cè)量等。吳堅(jiān)等［14］研究發(fā)現(xiàn)稀薄燃燒可有效降低油耗、提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，并且采用主動(dòng)預(yù)燃室系統(tǒng)后稀燃極限可進(jìn)一步拓展，過(guò)量空氣系數(shù)可達(dá)2.0，預(yù)燃室點(diǎn)火的峰值發(fā)動(dòng)機(jī)效率比傳統(tǒng)SI模式高20%，峰值凈指示熱效率達(dá)到42.8%。有研究表明［15］，預(yù)燃室必須保持較小的容積，以防止燃料射流與主氣缸壁接觸。龔世華等［16］研究了射流孔孔徑、預(yù)燃室燃油噴時(shí)刻等預(yù)燃室參數(shù)對(duì)射流點(diǎn)火甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)著火性能的影響。孫凡嘉等［17］研究了不同結(jié)構(gòu)的被動(dòng)預(yù)燃室低溫冷起動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)的燃燒穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)了不同孔面積、容積、噴孔結(jié)構(gòu)、材料的被動(dòng)預(yù)燃室。研究發(fā)現(xiàn)，小孔徑、小容積、旋轉(zhuǎn)噴孔以及高導(dǎo)熱率材料等均對(duì)被動(dòng)預(yù)燃室發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)產(chǎn)生不利影響。車(chē)勝楠等［18］研究發(fā)現(xiàn)，使用預(yù)燃室的湍流射流點(diǎn)火與常規(guī)火花點(diǎn)火相比，可有效拓展稀燃極限，且燃燒滯燃期和燃燒持續(xù)期均更短，放熱率更高。

上述研究主要針對(duì)預(yù)燃室進(jìn)行單一工況的分析，為了更加全面地得到預(yù)燃室發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓及稀薄燃燒條件下的多個(gè)工況特性，本研究基于一臺(tái)帶有自行設(shè)計(jì)的被動(dòng)預(yù)燃室點(diǎn)火系統(tǒng)的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架，研究了在增壓及稀薄燃燒環(huán)境下，不同工況下的預(yù)燃室點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的效率特性、燃燒特性以及排放特性。車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)2024年第4期2024年8月尹叢勃， 等： 預(yù)燃室點(diǎn)火式汽油機(jī)稀薄燃燒特性試驗(yàn)研究

1試驗(yàn)測(cè)試方法

1.1測(cè)試設(shè)備

圖1示出發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)架的系統(tǒng)示意。本研究使用一臺(tái)缸內(nèi)直噴單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，原型機(jī)采用了普通火花塞點(diǎn)火，在原型機(jī)的基礎(chǔ)上裝配了自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的預(yù)燃室式點(diǎn)火火花塞。圖2示出了在火花塞基礎(chǔ)上改裝成的被動(dòng)預(yù)燃室示意。對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了布置和改進(jìn)，并且改造了發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋，用來(lái)加裝變配氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更高的控制靈活性，能夠更加精確地控制試驗(yàn)參數(shù)和燃燒狀態(tài)。

1.2測(cè)試工況及方法

表1列出了發(fā)動(dòng)機(jī)及測(cè)試設(shè)備主要參數(shù)。表2列出試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)主要儀器設(shè)備的誤差。為了得到最佳的試驗(yàn)結(jié)果，選擇各工況下的最優(yōu)點(diǎn)火提前角，即最大扭矩時(shí)的最小提前角進(jìn)行試驗(yàn)。為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性，控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒循環(huán)的變動(dòng)在3%以?xún)?nèi)。燃油為92號(hào)汽油。通過(guò)進(jìn)氣控制系統(tǒng)冷卻后的進(jìn)氣溫度穩(wěn)定在35 ℃左右，誤差不超過(guò)2 ℃。冷卻水溫度保持在88 ℃左右，誤差不超過(guò)2 ℃。進(jìn)氣初始?jí)毫?.223 MPa。缸內(nèi)壓力傳感器精確度誤差不超過(guò)0.5，轉(zhuǎn)速傳感器精確度誤差不超過(guò)10 r/min，電力測(cè)功儀精確度誤差不超過(guò)1.25 N·m，燃油流量計(jì)精確度誤差不超過(guò)0.12%。

本次試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 800 r/min和2 000 r/min，燃料通過(guò)缸內(nèi)直噴噴嘴高壓噴射，然后由預(yù)燃室點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火及射流燃燒。本次試驗(yàn)中，各工況下均采用稀薄燃燒方式，過(guò)量空氣系數(shù)為1.3左右。通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)氣混合氣質(zhì)量實(shí)現(xiàn)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。發(fā)動(dòng)機(jī)平均指示缸內(nèi)壓力（indicated mean effective pressure，IMEP）分別為1.0 MPa，1.1 MPa，1.2 MPa，1.3 MPa和1.4 MPa。為了更好地實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)分層混合稀薄燃燒，采用3次噴油策略。圖3示出了5種負(fù)荷工況不同噴油策略下，發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油量和噴油時(shí)長(zhǎng)。發(fā)動(dòng)機(jī)分別在曲軸轉(zhuǎn)角420°，510°和630°時(shí)進(jìn)行噴油，各工況下噴油壓力相同，約為19 MPa，前兩次的噴油量及噴油持續(xù)時(shí)長(zhǎng)相同且大于第三次，約為第三次噴油量的2倍。為了滿(mǎn)足更高的功率需求，隨著負(fù)荷的增大，噴油總量也逐步增大。以1.0 MPa和1.4 MPa兩種工況為例，前兩次的噴油量分別為7.59 mg和11.59 mg，噴油時(shí)間分別為0.92 ms和1.34 ms，而第三次的噴油量分別為3.88 mg和5.86 mg，噴油時(shí)間分別為0.47 ms和0.68 ms。圖4示出了不同工況下的進(jìn)氣壓力與燃空當(dāng)量比?？梢钥闯鲞M(jìn)氣壓力隨著負(fù)荷的增大而增大，逐漸由109 kPa上升至158 kPa。在試驗(yàn)過(guò)程中采用了渦輪增壓進(jìn)氣方式，因此獲得了更高的進(jìn)氣壓力，在IMEP為1.4 MPa工況下，進(jìn)氣壓力超過(guò)150 kPa。不同工況下的燃空當(dāng)量比基本接近，在0.76～0.77之間浮動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了稀薄混合氣燃燒過(guò)程。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1發(fā)動(dòng)機(jī)效率分析

發(fā)動(dòng)機(jī)有效熱效率和有效機(jī)械效率都是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能的重要指標(biāo)，圖5示出了在不同轉(zhuǎn)速、不同負(fù)荷工況下的有效熱效率和有效機(jī)械效率。由圖5a可見(jiàn)，在轉(zhuǎn)速為2 800 r/min時(shí)，預(yù)燃室發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率在IMEP為1.2 MPa時(shí)達(dá)到37.4%以上，隨著負(fù)載的增大，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效熱效率在1.3 MPa時(shí)達(dá)到最大值，為37.9%。當(dāng)負(fù)載較高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率相對(duì)較大，燃料的能量更多地被轉(zhuǎn)化為有用功，熱能的散失相對(duì)較少，從而提高了熱效率。但是當(dāng)負(fù)荷進(jìn)一步提升至1.4 MPa時(shí)，熱效率下降至36.9%，同時(shí)機(jī)械效率沒(méi)有下降，表明熱效率下降的原因主要來(lái)自燃燒過(guò)程。分析認(rèn)為熱效率下降的原因主要是大負(fù)荷帶來(lái)了較大的爆震傾向，為了降低爆震使得實(shí)際點(diǎn)火角偏離最佳（最大扭矩）點(diǎn)火角，導(dǎo)致較大的燃油消耗。所以當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)超過(guò)一定的負(fù)載范圍時(shí)，有效熱效率會(huì)出現(xiàn)峰值，之后會(huì)隨著負(fù)載的繼續(xù)增加而逐漸下降。由圖5b可見(jiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低為2 000 r/min時(shí)，有效熱效率隨負(fù)荷工況的變化規(guī)律和高轉(zhuǎn)速一樣，在1.3 MPa達(dá)到最大值，為38.1%，但整體上低轉(zhuǎn)速的熱效率高于高轉(zhuǎn)速。

在試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)測(cè)功機(jī)對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)的輸出功率進(jìn)行測(cè)量，得到發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力，通過(guò)布置缸壓傳感器測(cè)量缸內(nèi)壓力，得到發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖，進(jìn)而得到發(fā)動(dòng)機(jī)平均指示壓力，平均有效壓力與平均指示壓力之比為有效機(jī)械效率。有效機(jī)械效率越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失越小，也就意味著可以在相同的平均指示壓力下獲得更高的輸出功率。圖5a示出了在轉(zhuǎn)速為2 800 r/min時(shí)，隨著負(fù)載的增大，有效機(jī)械效率也逐漸增大，由0.843增大至0.863。這是因?yàn)楫?dāng)負(fù)載增大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率增大，機(jī)械損失相對(duì)較小，因此機(jī)械效率提高。由圖5b可見(jiàn)，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，有效機(jī)械效率隨著負(fù)載的增大也表現(xiàn)出相似規(guī)律。

2.2發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性分析

圖6示出不同轉(zhuǎn)速，不同工況下的燃油消耗率和點(diǎn)火提前角?？梢钥闯鰞煞N轉(zhuǎn)速下的燃油消耗率隨負(fù)荷的變化基本保持不變，略微呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，整體上低轉(zhuǎn)速的燃油消耗率高于高轉(zhuǎn)速。點(diǎn)火提前角選擇的是各個(gè)工況的最優(yōu)點(diǎn)火提前角，即最大扭矩工況的最小提前角。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的提高， 2 800 r/min時(shí)點(diǎn)火提前角逐步由16.03°減少至5.56°。2 000 r/min時(shí)點(diǎn)火提前角逐步由10.76°減少至1.95°。

發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性是指燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒時(shí)的物理和化學(xué)特性，包括燃料的點(diǎn)火性能、燃燒速率、燃燒穩(wěn)定性等。CA10，CA50，CA75和CA90分別代表了累計(jì)熱釋放達(dá)到總化學(xué)能10%，50%，75%和90%的曲軸轉(zhuǎn)角。圖7示出了當(dāng)轉(zhuǎn)速為2 800 r/min時(shí)，不同工況下的CA10與CA50?？梢钥闯?，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大，CA10和CA50的值都有所增大，1.0 MPa和1.4 MPa兩種工況下的CA50相差約10°，CA10相差約8°。

圖8示出了轉(zhuǎn)速為2 800 r/min，不同工況下的CA75與CA90?？梢钥闯?，CA75和CA90都隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大而增大，1.0 MPa和1.4 MPa兩種工況下的CA75相差約13°，CA90相差約14°。燃燒持續(xù)相位的值越小，表明燃燒過(guò)程越快速，燃燒質(zhì)量越好，能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和動(dòng)力性能，同時(shí)降低排放污染。從圖7和圖8可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷越大，燃燒持續(xù)相位的值就越大，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷越大，就需要更多的混合氣在燃燒室中燃燒。在預(yù)燃室發(fā)動(dòng)機(jī)中，預(yù)燃室的燃料預(yù)先發(fā)生了部分燃燒，所以主燃室中的燃燒過(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)更快。預(yù)燃室發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷越大，主燃燒室中燃燒過(guò)程的開(kāi)始時(shí)間就會(huì)越早，以保證燃燒的時(shí)序和效率，燃燒過(guò)程的加速導(dǎo)致了燃燒開(kāi)始時(shí)間的提前。

圖9示出了轉(zhuǎn)速為2 800 r/min時(shí)，不同工況下的爆震指數(shù)和燃燒循環(huán)變動(dòng)率（coefficient of cycle-to-cycle variation，COV）。爆震指數(shù)描述了預(yù)燃室內(nèi)燃燒過(guò)程中的爆震程度，能夠反映燃料的適用性以及燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。在本試驗(yàn)過(guò)程中，爆震指數(shù)平均值隨著負(fù)荷的增加而降低，從0.33 MPa逐漸降低至0.2 MPa。最大爆震指數(shù)是指燃料燃燒時(shí)所達(dá)到的最高壓力值。1.3 MPa工況下的爆震指數(shù)最大值為0.382 MPa，遠(yuǎn)高于其他工況，比1.4 MPa工況下的爆震指數(shù)最大值高0.231 MPa，造成該情況的可能原因是排氣溫度和壓力的升高會(huì)影響排氣系統(tǒng)中的氣體壓力和流速，從而影響混合氣進(jìn)入氣缸之前的狀況，進(jìn)而影響爆震傾向。COV是指內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，燃燒過(guò)程產(chǎn)生的壓力和溫度在循環(huán)過(guò)程中的周期性變化，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放會(huì)產(chǎn)生重要影響。從圖9可以看出，燃燒循環(huán)變動(dòng)隨著負(fù)荷的增大而降低，由0.34%下降至0.30%。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷狀態(tài)是影響燃燒循環(huán)波動(dòng)大小的重要因素之一，在負(fù)荷增加的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)需要更多的燃料和空氣來(lái)產(chǎn)生更大的動(dòng)力輸出，這就意味著在燃燒室中有更多的燃料和空氣混合物需要燃燒，這會(huì)導(dǎo)致燃燒速度加快。當(dāng)燃燒速度加快時(shí)，燃燒過(guò)程更加完全和均勻，這可以減少燃燒循環(huán)中的不穩(wěn)定因素，從而減少燃燒循環(huán)變動(dòng)率。

圖10示出了轉(zhuǎn)速為2 800 r/min時(shí)不同負(fù)荷工況下的預(yù)燃室內(nèi)壓力曲線(xiàn)。由圖10可見(jiàn)，5種負(fù)荷工況的預(yù)燃室內(nèi)壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律基本一致，峰值壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后14°附近，大小為5.1～5.4 MPa之間。負(fù)荷為1.1 MPa和1.2 MPa時(shí)預(yù)燃室壓力室壓力升高更為迅速，而負(fù)荷為1.4 MPa時(shí)預(yù)燃室的壓力上升后有一小段下降后再繼續(xù)升高，這是由預(yù)燃室的工作原理所導(dǎo)致，當(dāng)預(yù)燃室的火焰進(jìn)入主燃室后，預(yù)燃室內(nèi)的壓力降低，同時(shí)主燃室的混合氣尚未燃燒導(dǎo)致該情況發(fā)生。最高壓力出現(xiàn)時(shí)刻隨著負(fù)荷的增大而后延。

2.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性分析

發(fā)動(dòng)機(jī)的排放特性是指發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生廢氣和顆粒物的特性。廢氣的主要成分包括一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳?xì)浠衔铮℉C）以及炭煙顆粒物（Soot），本試驗(yàn)對(duì)比研究了預(yù)燃室稀薄燃燒過(guò)程中不同負(fù)荷工況下的排放性能。

圖11示出了不同轉(zhuǎn)速下，5種負(fù)荷工況下的NOx和HC的排放。由圖11a可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2 800 r/min時(shí)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大，NOx排放降低，由1 MPa時(shí)的1 643.9×10-6降至1.4 MPa 時(shí)的844.15×10-6，下降了約49%。這是由于當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較大時(shí)，燃燒室內(nèi)的溫度和壓力都會(huì)增加，從而使燃料的燃燒更充分，生成的NOx較少。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大，HC呈現(xiàn)出先減少后增大的趨勢(shì)，由1 MPa時(shí)的3 008.2×10-6減少至1.3 MPa 時(shí)的2 553.8×10-6，后在1.4 MPa的工況下增大至2 653.8×10-6。原因是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大時(shí)，需要增加燃油噴射量來(lái)保證燃燒強(qiáng)度，這會(huì)使燃料的霧化效果變好，導(dǎo)致燃燒充分，HC減少。但隨著負(fù)荷的繼續(xù)增大，燃料的混合強(qiáng)度會(huì)越來(lái)越低，這不利于燃燒反應(yīng)的進(jìn)行，使HC氧化不完全，因此HC排放量會(huì)增加。由圖11b可以看出，在轉(zhuǎn)速降低為2 000 r/min時(shí)，NOx和HC隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化規(guī)律同高轉(zhuǎn)速時(shí)基本一致，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大，NOx排放濃度呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)， HC呈現(xiàn)出先減少后增大的趨勢(shì)，但低轉(zhuǎn)速時(shí)NOx和HC排放和高轉(zhuǎn)速相比有所增加。

圖12示出了不同轉(zhuǎn)速，不同負(fù)荷工況下的CO和Soot排放。CO和Soot都是由于燃料的不完全燃燒造成的。如圖12a所示，當(dāng)轉(zhuǎn)速為2 800 r/min時(shí)，隨著負(fù)荷的增大，CO的排放濃度逐漸降低。原因是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，缸內(nèi)壓力及溫度提高，燃料燃燒更充分，產(chǎn)生更少的CO排放。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的提升，Soot的排放整體呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。如圖12b所示，在轉(zhuǎn)速降低為2 000 r/min時(shí)，CO排放隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化規(guī)律同高轉(zhuǎn)速時(shí)基本一致，隨著負(fù)荷的增大，CO的排放濃度逐漸降低。低轉(zhuǎn)速時(shí)Soot排放表現(xiàn)出與高轉(zhuǎn)速時(shí)不同的規(guī)律，隨負(fù)荷增加而逐漸升高。低轉(zhuǎn)速下的CO和Soot排放高于高轉(zhuǎn)速。

3結(jié)論

a） 燃燒特性、效率特性與增壓被動(dòng)預(yù)燃室發(fā)動(dòng)運(yùn)行工況密切相關(guān)，在負(fù)荷增加時(shí)，CA10，CA50，CA75，CA90均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，通過(guò)點(diǎn)火角的推遲可以有效地抑制爆震；COV呈下降趨勢(shì)，同時(shí)COV可以控制在0.35%以下；在轉(zhuǎn)速為2 800 r/min和2 000 r/min，IMEP為1.3 MPa工況下，熱效率達(dá)到最大值，分別為37.9%，38.1%；進(jìn)一步增大負(fù)荷熱效率略有減少，有效機(jī)械效率則隨負(fù)荷增大呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；

b） 同一轉(zhuǎn)速下，隨著負(fù)荷增加，NOx，HC和CO排放均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；在轉(zhuǎn)速為2 800 r/min時(shí)，Soot排放隨負(fù)荷變化規(guī)律不明顯，但總體可以控制在0.1 mg/m3以?xún)?nèi)，在轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)，Soot排放隨負(fù)荷增大而增加；高轉(zhuǎn)速下NOx，HC，CO和Soot的排放減少；

c） 燃油消耗率隨負(fù)荷變化規(guī)律不明顯，轉(zhuǎn)速為2 800 r/min時(shí)，較低負(fù)荷下燃油消耗率較低，可達(dá)242.1 g/（kW·h）；低轉(zhuǎn)速的燃油消耗率在不同工況下均高于高轉(zhuǎn)速。

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Experimental Study on Lean-Burn Characteristics of Gasoline"Engine with Prechamber Ignition

YIN Congbo，SHEN Xiaoyu

（School of Mechanical Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai200093，China）

Abstract： A bench test was conducted on a turbocharged gasoline direct-injection engine with a passive prechamber under different operating conditions to investigate its efficiency characteristics， combustion characteristics， fuel economy and emission characteristics. The engine employed a triple-injection strategy to form a lean-burn environment of 1.3 excess air ratio at 2 800 r/min and 2 000 r/min. The results showed that， at the same speed， the turbocharged prechamber engine exhibited an increasing trend in effective thermal efficiency and effective mechanical efficiency with increasing load， but a decreasing trend of effective thermal efficiency beyond a certain range. CA10， CA50， CA75， CA90 and the maximum knock index showed an increasing trend with increasing load， while the combustion cyclic variation rate was also controlled below 0.35%. The lowest specific fuel consumption was 242.1 g/（kW·h） under the condition of 2 800 r/min and light load. The emissions of NOx， HC， and CO were closely related to the engine operating conditions and showed a decreasing trend with increasing load. The particle emissions could be controlled to 0.13 mg/m3.

Key words： precombustion chamber;gasoline engine;lean burn;specific fuel consumption;emission;injection strategy

［編輯： 姜曉博］