高能点火及滚流强化对直喷汽油机稀燃的影响

沈 凯，陈 泓，徐子顺，杜家坤，张振东

(1.上海理工大学 机械工程学院，上海 200093；2.广州汽车集团股份有限公司 汽车工程研究院，广东 广州 511434)

随着能源短缺、大气污染和更加严格的排放法规，节能减排已成为内燃机研究的热点.化学计量空燃比火花塞点燃发动机广泛应用于汽车[1].在部分负荷下，自然吸气汽油机并没有表现出很好的燃油经济性和排放特性.涡轮增压[2]、发动机小型化[3]和缸内直喷[4]等多种技术都能在一定程度上提高化学计量空燃比汽油机的热效率，但仍有一些原因限制了热效率的进一步提高.首先，内燃机进气过程中存在流动阻力，节气门和进气门的节流作用导致泵气损失.其次，过高的燃烧温度会增加传热损失、降低比热[5-6].大量的热量从工作介质传递到壁面，增加了被加热部件的热负荷.最后，由于缸内直喷无法使空气和燃油充分均匀混合，所以在理论空燃比情况下燃油无法完全燃烧.稀薄燃烧可有效减少这些影响来提高发动机热效率[7-8].Nakata 等[9]研究发现，稀薄燃烧可使有效热效率提升10%以上；然而当空燃比超过稀燃稳定极限时，火花点火击穿阶段后的火焰传播速度将大大降低而无法生成稳定的火焰核，造成点火困难甚至失火[10].脆弱的早期火焰核的周期性变化[11]限制了燃料稀释程度和发动机效率的进一步提高.有效点火能保证火花塞电极间的击穿，产生强壮的初始火焰核，是扩大稀薄燃烧极限的有效途径之一[12-13].当缸内的滚流强度较低、活塞接近上止点时，滚流将无法破碎形成可靠的湍流；……