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汽油压燃(Gasoline Compression Ignition,GCI)低温燃烧具有实现内燃机高热效率和低排放的潜力,是当前内燃机研究的热点。但GCI燃烧模式也存在小负荷燃烧稳定性差、大负荷碳烟排放高及燃烧反应速率快带来的压力升高率和爆发压力高等问题,需要在探明其燃烧机理的基础上寻求解决途径。本文利用数值模拟手段针对GCI燃烧模式开展燃烧过程及碳烟排放的数值模拟研究,以期揭示GCI燃烧和碳烟排放生成机理,为探索改善GCI燃烧及碳烟排放的控制策略提供理论参考。本文基于Converge软件建立GCI燃烧过程的CFD仿真模型,系统开展GCI燃烧过程和碳烟生成演化历程的多维数值模拟研究。首先在定容燃烧弹装置上对比了三种多步现象学碳烟模型在喷雾燃烧过程中的碳烟预测性能,并结合实际发动机对GCI燃烧和碳烟生成过程进行试验验证。针对光学发动机开展的GCI燃烧模拟研究表明,通过喷射策略控制实现合理的混合气浓度分层可同时获得较好燃烧性能和较高的IMEP;晚喷条件下形成的高混合气浓度分层有利于促进自燃着火和抑制压力升高率,但碳烟排放高;早喷条件下形成的低混合气浓度分层虽然有利于提高燃烧等容度和降低碳烟排放,但燃烧反应速度过快,导致较高的压力升高率;随喷射时刻的推迟,缸内着火和燃烧进程呈现从类似HCCI的均质燃烧逐渐向部分预混扩散燃烧转变的特征。在上述工作基础上,本文基于一台重型柴油机改造的单缸GCI发动机建立了CFD计算模型,在大负荷工况下系统研究了不同汽油替代物、碳烟模型和喷油策略等对GCI燃烧和排放特性的数值模拟研究。研究结果表明:三组分TRF汽油替代物模型耦合Gokul碳烟排放模型的模拟结果与试验数据吻合较好;与单次喷射策略相比,大负荷工况下采用两次喷射策略在拓展发动机稳定运行范围和降低碳烟排放方面具有明显优势:预喷可使燃烧相位提前,有利于提高IMEP和热效率;两次喷射耦合EGR策略可在保持主喷燃油燃烧相位的同时延长预喷滞燃期,有效降低压升率,且碳烟排放随预喷比例和主预喷间隔的增加而降低。两次喷射结合一定比例EGR(低于30%),可使发动机在保持较高热效率的同时有效降低压升率和碳烟排放。