随着汽车保有量的逐年攀升,能源和环境问题越来越受到重视。GDI发动机因其有着良好的动力性、经济性和排放性能以及瞬态响应性逐步成为未来乘用车发动机的发展方向。然而GDI发动机的燃油和空气是分别进入缸内的,相比于PFI发动机,油气混合的时间缩短、条件恶化,因此适当的调整喷射策略以获得更好的油气混合,利于点火和火焰的快速传播,提高发动机动力性和经济性并降低向大气中的排放就显得尤为重要。首先,为了说明两次喷射策略的存在意义,本文采用将单次喷射策略与两次喷射策略相对比的研究方法,分析缸压曲线、点火时刻火花塞附近的当量比以及发动机的排放物,得出两次喷射策略的优点。可以发现:采用适当的两次喷射策略可以将所有的喷油量分两次喷入,有效的组织油气混合,以减少单次喷射所导致的燃油碰壁现象,同时还可以在第一次喷射产生足够量的均质混合气的基础上,第二次喷射产生使得火花塞附近较浓的混合气,利于点火和火焰的快速传播,使得缸压曲线峰值较高且提升迅速;还可以有效的降低CO和HC排放,NOX排放也有所降低。其次,研究了在低转速、大负荷(1500r/min,75%)工况下的第一、二次喷射时刻、两次喷射比例和喷射压力对GDI发动机混合气的形成以及性能和排放参数的影响。再次,研究了不同转速和不同负荷对于混合气形成、发动机性能和排放物生成的影响,并提出对于不同转速和不同负荷下喷射策略的改善措施。并得出了以下结论:1、1500r/min,75%负荷下,两次喷射的参数对发动机性能和排放的影响。(1)最佳的第一次喷射时刻为90°CA~110°CA。在此条件下,缸内混合气的形成过程有着较少的燃油撞壁和过浓过稀区域,点火时刻的火花塞附近有着较浓的混合气和适中的湍动能,这样使得燃烧放热更加集中,燃烧的持续期缩短,缸内定容度增加,缸压上升迅速且峰值较大。HC和CO的排放最低,但是NOX的排放偏高。(2)最佳的第二次喷射时刻为280°CA。在此条件下,可以在缸内形成具有一定浓度梯度的混合气,利于火核的快速扩散和火焰前锋面的快速推进,使得缸内的燃烧性能得到优化;并能降低HC和CO的排放,NOX排放得到了部分的抑制。(3)最佳的两次喷射比例为3:1和2:1。在此条件下,此时的缸内混合气形成情况良好,有着较少的壁面油膜,HC、CO和NOX都处于一个较低的水平。(4)最佳的喷射压力为10.5MPa。在此喷射压力下燃油挥发比例较大,能够在火花塞附近形成当量比为1.183的较浓混合气,同时整个燃烧的放热迅速、燃料的利用率高。2、不同转速(1500r/min、2000r/min、3000r/min和4000r/min)和不同负荷(20%、50%和75%)对于发动机性能和排放物生成的影响。(1)随着转速的逐渐增大,缸内的气体流动增强,流速加大,湍动能增强,燃油挥发速率加快,混合气能够快速均匀的混合;但是每一循环以秒计的时间变短,壁膜质量增加,燃油最终挥发量下降。CO也因壁膜质量的增加而增大,HC的变化不是很明显;氮氧化物随转速增大而降低,因为转速增大后,反应时间缩短并且缸内温度下降。(2)针对高转速的工况,本文分别将两次喷油时刻提前了30°CA(即60°CA和250°CA喷油),用以增加油气混合的时间;随着喷油时刻的提前,燃油壁膜质量下降,燃油最终挥发量增加,燃料利用率提高,缸内平均温度升高;CO和HC排放降低,氮氧化物有所增加。(3)随着负荷的加大,将导致燃油喷注量的增加,使得喷油持续期加长,燃油的贯穿距离增大,缸内的燃油撞壁量增加,燃油挥发百分比下降;CO和HC的生成量增加,生成NO的峰值明显增加。(4)针对大负荷的工况,本文分别将两次喷油时刻提前了30°CA(即60°CA和250°CA喷油),使得燃油的撞壁量减小,火花塞附近的当量比减小,整个缸内的浓度梯度减小、趋于均质混合;缸内平均温度增加,NO排放量增大,CO和HC因缸内混合情况良好而减少。