摘要
压缩天然气（CNG）由于其良好的燃料特性目前已经被视为最为成熟的车用替代燃料。压缩天然气是一种清洁燃料，理论上与氧气完全燃烧之后只产生CO2和水，作为掺混燃料加入到传统汽油机中具有明显的减排优势。通过CNG缸内直喷的方式，实现CNG的精准控制，拓宽稀燃界限，同时即可以有效避免进气道喷射带来的回火和降低充气效率等问题，又能够通过组织混合气分层提高燃烧性能。CNG缸内直喷（NDI）和汽油进气道喷射（GPI）的复合喷射模式是减少传统汽油机排放，提高性能的有效方式。本文采用CNG/汽油复合喷射的方式，探究了在化学计量空燃比以及稀燃条件下内燃机燃烧和排放的变化。主要工作内容及研究结论如下： 1、搭建了CNG高压直喷，汽油进气道喷射的复合喷射系统，基于dSAPCE控制平台实现了CNG和汽油的精准喷射。缸内形成高压CNG在火花塞处富集，汽油混合气在外围分布的分层混合气。对内燃机控制软件进行调试，实现过量空气系数，直喷时刻，点火时刻，进气歧管压力等参数的灵活控制，保证实验的顺利进行。实验证明，化学计量空燃比下，不同CNG掺混比时直喷时刻为120℃A BTDC时的内燃机燃烧性能最好。 2、研究了化学计量空燃比下内燃机在不同工况时CNG直喷射比对内燃机燃烧性能的影响。在不改变缸内输入总能量的前提下，直喷20%的CNG时，不同工况下都获得了最好的燃烧性能。但此时更有利于提升低速小负荷下燃烧性能。与传统PFI汽油机相比，合理的GPI+NDI模式进一步的降低了CO，HC，NOx的排放。特别的，对微粒个数的减少效果是巨大的。 3、以低速小负荷下C20为例，研究了CNG直喷时刻和点火提前角的配合关系对内燃机燃烧和排放性能的影响。当采用120℃A BTDC和15℃A BTDC为直喷时刻和点火时刻时，内燃机扭矩最大，实现了最大的扭矩输出，最小的BSFC和最高的有效热效率。在掺混比和总能量不变的前提下，HC和NOx排放主要取决于点火时刻的改变，但微粒个数依赖于合理的直喷和点火策略。 4、研究了CNG直喷策略对内燃机稀燃条件下燃烧性能的影响。当λ达到1.4时，纯汽油混合气已经无法组织稳定的燃烧，在保证缸内输入总能量不变的前提下，通过喷射适量CNG在火花塞处富集，CNG宽广的稀燃界限保证了混合气被点燃之后稳定的燃烧和火焰传播，火焰向外扩散进而点燃外围的稀薄汽油混合气，拓宽了稀燃极限。当采用合适喷射时刻时，进一步提好了稀燃稳定性，COVIMEP控制在1.5以下。不同的过量空气系数下，相较于纯汽油PFI模式，GPI+NDI的复合喷射模式更有利于提升稀燃条件下的内燃机性能指标。
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