为探究稀释燃烧改善发动机性能的潜力,通过一台1.5 L高压缩比增压直喷汽油机开展台架试验,对比研究了空气稀释、废气再循环(EGR)稀释及复合稀释燃烧在不同稀释程度下对中速、中负荷工况下发动机性能的影响规律.结果表明:稀释燃烧延长了燃烧持续期,降低了有效燃油消耗率(BSFC),减少了发动机传热损失,并降低了 CO排放,稀释方式不同会导致HC和NOx排放随稀释率的变化规律不同,但在高稀释率下,相比无稀释燃烧,HC排放升高,NOx排放降低;相较于EGR,空气稀释对燃烧的抑制更弱,稀释边界更宽,BSFC降低效果更好,CO与HC排放显著更低,未燃损失更低,NOx排放更高,且这些规律在相同稀释率、不同EGR占比的复合稀释燃烧的性能参数变化中同样存在,但有效热效率在过量空气系数φa=1.34、EGR率约为5％(稀释率为1.4)时达到最高,这与排气损失更低有关,此时相较原机,BSFC降低了 5.7％,NOx降低了 33％,均比φa为1.40时的降幅更大,证明了复合稀释燃烧具备更强的节能减排潜力.

以一台采用废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)技术的增压直喷汽油机为研究样机,试验研究了高压缩比15.0时不同EGR率(0％、5％、10％、15％)下该机的燃烧和排放特性.研究结果表明,与常规的压缩比11.5相比,采用高压缩比15.0时,该机缸内最高燃烧压力升高,点火正时提前,燃烧持续期延长,平均指示压力变动系数增大,有效热效率显著提高;碳氢化合物(hydrocarbon,HC)排放和颗粒物数量增加,CO排放和颗粒物质量降低,NOx排放略有升高.采用EGR技术能够有效抑制爆震和降低NOx排放.相同工况下,随着EGR率升高,该机的燃烧持续期延长,平均指示压力变动系数增大,低负荷(制动平均有效压力(brake mean effective pressure,BMEP)为0.5 MPa)下的缸内最高燃烧压力逐渐下降,有效热效率变化不大.高负荷(BMEP为1.0 MPa)下的缸内最高燃烧压力先上升后下降,有效热效率整体呈上升趋势,高压缩比情况下该机EGR率为10％ 时的热效率最高,为38.45％;CO排放先减小后增加,HC排放逐渐增加,NOx排放降幅增大,最大降幅达86.8％.

利用活塞冷却喷嘴(Piston Cooling Jets,PCJ)提升活塞寿命和整机性能已成为高热效率发动机的关键技术之一.利用1台1.5 L增压直喷汽油机,试验研究了不同压缩比的振荡冷却活塞的PCJ开闭对发动机燃烧和排放性能的影响.结果表明:不同工况下,压缩比为12.5:1时,开启PCJ使得发动机摩擦损失FMEP(Friction Mean Effective Pressure)平均升高8％,燃烧重心提前,缸内最大燃烧压力升高,中大负荷下发动机燃油消耗率受燃烧性能与摩擦损失变化共同影响而有所改善;排放方面,PCJ开启使得HC和NOx排放有所升高,对CO排放的影响与工况有关,但变化幅度极小.中速中负荷工况下,相比压缩比为15:1,压缩比为12.5:1时PCJ开启对燃烧性能的改善效果更好,油耗降幅更大,HC排放增幅更大,NOx排放增幅更小.