关键词:
GDI汽油机
积碳
定容燃烧弹
MATLAB图像处理
喷雾特性
摘要:
由于比传统的PFI汽油机(Port Fuel Injection,进气道燃料喷射)在节能减排方面有明显优势,GDI汽油机(gasoline direct injection,汽油缸内直喷)目前已成为汽油机技术的主流。喷雾特性对GDI汽油机的燃烧和排放性能有着很直接的影响,高温环境下产生的喷嘴积碳则会影响发动机的喷雾特性。因此,进行喷嘴积碳对GDI喷雾特性影响的研究对于指导GDI发动机燃烧系统的开发有着重大的意义。为此,设计加工了一套定容燃烧弹,并且搭建了喷雾实验台架,台架包括高压供油系统、高压充气系统、加热及温控系统、电路控制系统、拍摄及补光系统几大部分和定容弹、真空泵、光学平台、计算机等仪器设备。基于MATLAB编写了喷雾图像处理程序,利用该程序对喷雾图像进行处理,经过图像分割,形态学操作等步骤后,计算出了喷雾锥角和喷雾贯穿距离。在常温高压的容弹内(40℃,2MPa),四种不同的喷油压力下(4MPa、 5MPa、6MPa、7MPa),对4个积碳程度不同的GDI汽油机喷油器(无积碳、轻度积碳、中度积碳、重度积碳)进行了多次喷雾实验,研究了积碳对喷雾特性的影响,实验结果表明:1.喷油压力较低时,无积碳或者轻度积碳喷油器喷雾发展过程中的雾化程度要好于中、重度积碳的喷油器。喷射压力提高后,所有喷油器的雾化效果都有所改善,其中中度积碳、重度积碳的喷油器改善明显。2.积碳较多的喷油器比无积碳的喷油器在喷雾发展时更容易出现油雾分束的现象,油束之间有较大的缺口和空当,喷雾均匀性差。3.随着喷油器积碳程度的加深,起始喷雾锥角呈增大的趋势。但是积碳严重到一定程度后起始喷雾锥角又会变小。同一个喷油器,提高喷油压力,喷雾锥角增大。4.在喷油压力小于等于5MPa时,4个喷油器的贯穿距离由小到大依次为:无积碳<中度积碳≤重度积碳<轻度积碳。随着喷油压力的升高,无积碳喷油器和重度积碳喷油器的喷雾贯穿距离大于另外两个喷油器。5.在4-7MPa喷油压力下,所有喷油器在2000us之前贯穿度急速增大,2000us之后增速变缓。当喷油压力从4MPa依次升高到7MPa时,中度积碳喷油器的喷雾贯穿距离呈现出先增大后减小再增大的变化趋势。重度积碳喷油器在不同喷油压力下喷雾起始阶段(1000us时)的贯穿度数值分布比较分散,而其他3个喷油器则分布比较集中。重度积碳喷油器在喷油压力为4MPa、5MPa时的贯穿距离曲线很接近,喷油压力为6MPa、7MPa时的贯穿距离曲线也很接近,但喷油压力从5MPa升高到6MPa时,贯穿距离有一个明显的提高。