第3期(总第230期） 2017年6月
车用发动机 VEHICLEENGINE
No.3(Serial No.230)
Jun.2017
进气滚流强度对直喷发动机燃烧特性的影响
吴强，许敏，杨杰，董雪
（上海交通大学机械与动力工程学院汽车电子控制技术国家工程实验室，上海200240）
摘要：以光学单缸直喷汽油发动机作为试验平台，通过在遗气法兰处安装不同的滚流导流板调节进气戴面积来获得不同强度的滚流气流。利用Converge软件对缸内滚流强度和满动能进行评信，采用高速彩色相机拍摄不同滚流强度下火始状态随曲轴转角的变化，同时采用燃烧分新仪采集缸压数据。通过图像处理分离蓝色火始和黄色火始，其中，蓝光被认为主要来自火焰中CH释放的化学荧光，两黄光被认为主要来自炭烟颗粒的辐射。试验发现：随着滚流强度的提高，蓝色火焰面积增加，缸内燃烧速率得以提升，缸内平均指示有效压力增强，相关性分新表明，蓝色火焰面积和燃烧救热率有很好的正相关性。同时，黄色火焙随滚流强度增加而减少，表明炭烟生成量降低。此外，燃烧的循环波动电随滚流强度的增加而降低
关键词：滚流比；光学发动机；燃烧速率；炭烟；循环波动 D0l;10.3969/j.issn.1001-2222.2017.03.001
中图分类号：TK411.12
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2017)03-0001-07
近几十年来，随着汽车工业的发展，全球范围内的能源问题和环境污染已经越来越严重，汽车发动机的燃油经济性和排放问题得到了越来越多的重视。作为当代汽车工业最为广泛应用的技术之一，缸内直喷真正实现了按工况精确控制喷油比例，且喷油压力的提升使得喷雾雾化更加细致，燃油消耗最多可降低30%1)。但这种喷射方式存在的主要问题是燃油贯穿距离太大，易在壁面和活塞顶部形成油膜，油膜燃烧引起积炭。另外燃油与空气混合较差造成颗粒物排放增加甚至失火等现象，这些问题随着发动机小型化的趋势日益明显["]。大量研究表明，发动机进气滚流可以很好地组织气流运动，促进燃油雾化、混合气形成以及火焰的形成与扩张。张小矛等运用CFD仿真发现高滚流气道可以提升缸内大尺度漩涡，致使燃烧持续期有效缩短。Fe dericoBrusiani等t5)利用Fire软件分析了进气和压缩冲程中滚流形态的影响，指出滚流可以很好地减小循环变动，提高燃烧稳定性。试验方面，尹丛勃等[6)和张喜岗等[)均运用粒子图像测速技术（PIV) 在不同滚流状态下对喷雾形成进行了稳态和瞬态的研究。此外，黄丫等"利用黑白相机记录了不同滚流强度下火焰在光学发动机内的发展状况。然而此前的研究难以反映火焰发展过程中各中间产物的变
化对燃烧速率和颗粒物生成的影响。
相比之下，彩色相机在火焰传播发展分析中的优势明显，不同于黑白相机只能捕提火焰亮度，彩色相机能够记录连续曲轴转角下燃烧彩色图像，从而追踪燃烧中间产物的变化。火焰中的黄色火焰一般认为是炭烟的黑体辐射发光，因此黄色火焰的面积的变化可以表征燃烧过程中炭烟的生成情况["]；而蓝色火焰则主要源自火焰发展前期的典型中间产物 CH(其在高温激发状态下释放出430.5nm的荧光)[10-1]，因此其发展和传播可以表征燃烧过程中 CH的生成量。虽然Hardalupas等[12]的研究表明， CH辐射的强度和火焰的放热率有很好的线性关系，但仍未有研究探索发动机中蓝色火焰的发展和缸内燃烧速率的关系。此外，直喷汽油机中的另个难点是对循环变动的控制。Hardalupas等(12]指出如果发动机没有循环变动，同样的燃油消耗率下发动机的输出功率可以提高10%。
基于以上间题，本研究利用彩色相机记录不同滚流强度下直喷汽油发动机内的火焰发展过程，从而探究滚流强度对缸内炭黑生成（黄色火焰）的影响。同时，结合燃烧早期的蓝色火焰和缸压数据，研究滚流强度对CH辐射和缸内燃烧速率的影响。此外，通过多个循环的燃烧图像与缸压数据的变动，探
收稿日期：2016-07-16；修回日期：2016-12-01
基金项目：喷孔内过热流体的气池生成及微爆雾化机理研究（51076093/E060702）
作者简介：吴强（1990—），男，硕士，主要研究方向为光学发动机激光诊断：wuqiangsjtugmail.com，