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20 世纪90 年代发展的现代汽油缸内直喷(GDI)发动机,采用分层稀薄燃烧、精确的电控技术和较高的压缩比,提高了汽油机的燃油经济性和动力性,但燃烧系统设计和混合气形成控制技术十分复杂。 本文针对一般GDI 燃烧系统设计开发难度大和对控制参数过分敏感的问题,提出了一种以两次喷射作为分层稀燃混合气形成主要手段的汽油缸内直喷式(TSGDI)燃烧系统。该系统主要通过灵活调节两次喷油时刻和喷油量在缸内形成不同分层程度的混合气,采用简单的燃烧室形状配合高压旋流喷雾以及普通的进气涡流即可保证稳定的燃烧,从而降低了燃烧系统设计开发的难度,减少了混合气形成对燃烧室形状、气流运动的敏感程度。以一台双缸柴油机为基础进行了TSGDI 燃烧系统、电控供油系统的设计试制,考虑了喷油器和火花塞的布置、活塞凹坑和气流运动的配合等问题,完成了TSGDI 原理性试验样机的开发。 在TSGDI 原理性试验样机上,通过对发动机动力性、经济性、排放特性、示功图以及放热规律的分析,研究了用两段喷射控制分层混合气形成的基本规律,确定了最佳的一次和二次喷油时刻以及两次喷油量之比;研究了点火提前角、转速和空燃比等参数对发动机性能的影响。试验结果表明,经初步优化后的TSGDI 燃烧系统在所试的1200r/min～2200r/min 转速范围内,燃油消耗率比常规进气道喷射汽油机改善13%～24%,从而验证了以两次喷射作为分层稀燃主要控制手段的TSGDI系统的基本思路是可行的。 为深入了解TSGDI 燃烧系统缸内混合气形成过程, 本文在KIVA-3V 源代码程序基础上建立了GDI 高压旋流喷雾模型,通过模拟计算和模拟试验的对比验证了模型的准确性。在此基础上建立了TSGDI燃烧系统缸内混合气形成的数学模型,生成了实际燃烧系统的计算网格,利用试验方法确定了计算边界条件,研究了喷油、点火和转速等参数对混合气形成过程的影响,为发动机试验结果提供了理论支持。