文 献 综 述

随着我国科技和经济的迅猛发展，节能和环保是目前内燃机所面临的两大最重要的问题。随着发达国家排放法规和油耗法规的实施，以及国际市场石油价格不断提升和波动，内燃机技术得到了飞速发展。与20世纪70年代相比，内燃机燃料利用率和有害物排放得到了大幅度的改善，其中有害物排放已减少了90%以上。

目前车用内燃机所面临的挑战主要来自三个方面：日益严厉的排放法规、更低的能耗要求、替代动力的发展。因此，内燃机在节油的同时必须尽可能地减少排放，寻求清洁有效的替代燃料是解决节能和环保这两大问题的一种有效途径。醇类燃料即指含醇的液体燃料，主要含甲醇、乙醇、汽油及少量甲基叔丁基醚，是一种可再生环境友好燃料。将它作为发动机的燃料部分替代汽油，不仅可以节约石油能源，还可以减少汽车污染物的排放。因此，研究具有一定理论意义和实用价值。但是，由于乙醇与汽油的物理性质不同，其喷雾特性也不相同，因此，有必要研究燃油属性对汽油机喷雾特性的影响。另外，由于增压汽油机的使用，环境密度越来越高，所以也有必要研究环境密度对汽油机喷雾特性的影响。

为了实现发动机的清洁、高效燃烧，国内外科研工作者都将HCCI燃烧作为柴油机研究的重点。天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室苏万华教授提出的基于多脉冲喷射技术和BUMP燃烧室的复合燃烧技术是一种能够实现均质燃油混合气快速燃烧的新HCCI燃烧方式。它通过电控高压共轨喷油器控制燃油多次喷射，从而控制燃油预混合气的形成和着火时刻。天津大学博士余皎在^[1]一文中利用先进的激光诊断技术和数值模拟技术着重研究了BUMP燃烧室内燃油均质混合气形成的机理。在燃烧定容装置中深入研究限流沿尺寸、二次撞壁距离、喷油压力对二次射流的发展规律和燃油在燃烧室内分布的影响。有了增大限流沿的高度会增大二次射流角，而二次射流锥角没有明显的变化；增大二次撞壁距离会减小二次射流角，而二次射流锥角变化不大等发现。

HCCI燃烧存在运转范围窄、着火时间和放热率不好控制等缺点，具体实施上还有许多困难。BUMP燃烧室是直喷式柴油机实现HCCI燃烧新概念的复合燃烧技术的关键。天津大学的赵昌普在^[2]文中主要研究BUMP的机理，揭示BUMP在稀扩散燃烧混合气形成中的作用，探索柴油撞壁射流的主要影响因素，为改进BUMP燃烧室设计提供依据。作者用试验和多维数值模拟相结合的方法对柴油喷雾撞壁混合过程进行了研究。首先在自行研制的、可以模拟现代柴油机典型工作环境及高压燃油喷射特性的定容燃烧喷雾模拟装置上用片状激光诱导荧光法（PLIF）对平壁上、ω燃烧室内不设置和设置BUMP的柴油喷雾撞壁混合过程进行了试验研究，然后又用CFD多维数值分析软件对其进行了模拟计算。发现BUMP高度及二次撞壁距离对撞壁油束形成二次空间射流、减少壁面燃油堆积以及形成稀混合气有重要作用，且发现BUMP的高度和二次撞壁距离分别为1.0～1.5mm和0～2.0mm比较合适。

天津大学的苏万华等教授在^[3]中应用平面激光诱导荧光（PLIF）技术研究了燃油属性、环境空气密度对石油系混合燃料喷雾特性的影响。结果表明在蒸发环境下，燃料的挥发性越高，喷雾前锋贯穿距离越长，近、远场喷雾锥角越大；燃料的黏度越高，喷雾前锋贯穿距离越短；燃料密度越高，喷雾前锋贯穿距离变短；燃料的挥发性是影响喷雾特性的主要因素。在喷雾发展过程中，近场锥角呈先减小再保持在一个相对稳定的数值的趋势；远场喷雾锥角呈先减小然后保持不变之后再增大的趋势，但是全程远场喷雾锥角的变化不大。环境空气密度强烈影响混合燃料的喷雾特性，环境空气密度越高，喷雾前锋贯穿距离越短，近、远场喷雾锥角越大。随着环境空气密度的提高，燃料挥发性对混合燃料喷雾前锋贯穿距离和近、远场喷雾锥角的影响逐步减小。

燃用乙醇汽油的缸内直喷式（GDI）汽油机在燃油经济性以及降低CO₂, NO_X排放上有很大的优势，是未来乘用车发动机的主要型式，是我国节能减排需要发展的技术之一。GDI汽油机多使用高压共轨系统和多孔喷油器，在喷雾过程中会遇到空化和闪急沸腾现象。喷雾好坏直接影响燃烧过程进而决定发动机的性能。华中科技大学的丁红元博士在^[4]中选用泡点作为燃油闪急沸腾的判断依据，建立了基于离散组分的乙醇汽油燃料模型。采用Peng-Robinson物性方程对乙醇汽油的气液平衡过程进行计算，研究了不同乙醇含量对燃料泡点/露点曲线的影响。在可视化定容室喷雾试验台上开展了GDI多孔喷油器使用乙醇汽油的喷雾特性试验研究。结果表明：环境压力对贯穿距的影响最大，喷射压力次之，环境温度对贯穿距的影响最小；环境温度与环境压力对油滴索特平均直径的影响较大；喷雾锥角随环境压力升高而增大，但基本不受喷射压力及环境温度的影响等。在可视化定容弹喷雾试验台上，采用纹影法研究了不同燃油温度及不同环境压力条件下闪急沸腾喷雾发展过程。试验发现与传统喷雾相比，闪急沸腾喷雾贯穿距较短、喷雾锥角较大。在某些喷射条件下，喷雾的外缘发现了气泡聚集发展的迹象。

与普通汽油机类似，掺醇汽油机中，混合气空燃比仍旧是发动机管理系统核心控制内容之一，直接关系到整机动力性、经济性与排放水平。遗憾的是，由于进气系统充排气效应、燃油”湿壁”效应、空燃比控制回路时延等因素的存在，传统汽油机空燃比控制仍旧不够理想。此外，醇类组分加入引起的掺醇汽油理化特性，尤其是燃油蒸发特性的变化，又给掺醇汽油机空燃比控制带来了困难。浙江大学的姚栋伟博士在^[5]文中围绕乙醇汽油空燃比控制主题，进行了一系列理论及试验研究,主要包括：乙醇汽油油膜蒸发特性研究：在深入分析与准确测定乙醇汽油相关基础物性基础上通过搭建Gilliland实物仿真试验平台，对不同掺混比例乙醇汽油液膜在空气流中的蒸发扩散特性及关键影响因素进行了研究，表明乙醇汽油液膜在进气管内空气流的蒸发扩散过程可用管内强制对流传质试验关联式描述。

在国内外已有的研究基础上，基于我国国情和现有的使用情况，钟新宝与周国斌在^[6]文中选用摩托丰汽油机和电喷机，测试乙醇汽油对这两种汽油机的排放、动力性和油耗的影响。试验结果表明：与无铅汽油相比，能明显降低发动机CO和HC的排放，对NOx排放影响变化趋势并不单一，但是从整体情况来看，NOx排放又有所降低；电喷机燃用乙醇汽油随乙醇量增大，尾气排放的三种主要污染物有明显下降；摩托车汽油机燃用乙醇汽油总油耗率高于普通无铅汽油3%～5%左右。

此后大庆市质量技术监督检验检测中心的李海军在^[7]中阐述了乙醇汽油的主要特性，目前形式以及发展现状。提出了乙醇汽油发展中存在的问题，如：乙醇汽油的亲水性，检测乙醇汽油中乙醇含量和经济性等。还对燃料乙醇的可再生性、乙醇汽油对发动机的影响、对尾气排放以及对未来的发展前景进行了分析。孙觊、秦李伟在^[8]中主要是通过台架试验来研究HFC4GA1汽油机燃烧乙醇汽油与普通93号汽油的排放、燃油消耗率、功率、扭矩等主要性能参数变化情况，为后期产品的进一步优化奠定基础。