1．目的及意义

近年来，随着汽车保有量急剧增长，化石能源危机与环境污染问题日益严峻，发展高效率低排放的内燃机已是大势所趋。汽油机作为乘用车的主要动力源，已成为内燃机研究的重点之一。为改善其燃油经济性、提高动力性，汽油缸内直喷技术得到广泛关注。与传统汽油机相比，缸内直喷汽油机(GDI)在同时保证动力性和燃油经济性方面有显著地优势，但所带来的颗粒物排放问题也不容忽视。根据不同乘用车发动机和后处理条件的试验结果表明，GDI汽油机的颗粒质量和数量显著高于PFI和带DPF的柴油车。颗粒物的排放与缸内直喷汽油混合气的形成密切相关，喷射时刻和喷油压力等喷射因素均会影响混合气的形成，尤其在喷油可调控范围大的低转速阶段，因此喷油策略对发动机的动力性、燃油经济性、排放性影响显著。

在喷油正时和喷油压力影响GDI发动机经济性和排放性方面，国内外学者做了大量工作：韩文艳^[1]等采用AMESim和FIRE软件通过对某涡轮增压缸内直喷汽油机模拟，并借助发动机台架试验中获得的油耗、排放及燃烧数据，研究了喷油开始时刻对发动机性能的影响，得到了不同工况下最佳的喷油时刻。黄雅卿^[2]等采用CFD数值模拟和发动机台架试验相结合的方法，研究了不同的喷射时刻对直喷汽油机混合气形成和颗粒物排放的影响，结果表明：缸内直喷汽油喷雾碰壁形成油膜与颗粒物排放有着直接的关系；在小负荷和中等负荷工况下，喷射时刻的优化能够有效地降低颗粒物数量排放。叶磊^[3]等采用Matlab/Simulink与GT-FUEL联合仿真的方式验证了一种针对GDI发动机轨压控制复合策略的优越性。钟兵^[4]等在一台GDI汽油机上研究了部分负荷下喷油压力、喷油正时和过量空气系数对微粒的粒径分布特性和数量浓度排放的影响。秦秋实^[5]等利用CFD软件建立了缸内直喷(GDI)发动机的缸内分层燃烧过程三维模型，并通过仿真计算研究了喷油时刻与点火时刻对GDI发动机分层燃烧过程的影响，得出了给定工况下相对最佳的喷油、点火相位。李旻^[6]利用整车转鼓试验和发动机台架试验研究了缸内直喷汽油机(GDI)的主要控制参数对发动机颗粒物排放的影响，从而优化了缸内直喷发动机的整车颗粒物排放。杜家坤^[7]等试验研究了不同喷油时刻及喷油压力下的缸内燃烧及喷雾发展特性，分析了燃油喷射控制参数对直喷汽油机缸内喷雾及燃烧的影响规律。Miaomiao Zhang^[8]等详细研究了不同工况下喷射正时和喷射压力对喷雾引导的GDI发动机的燃烧和颗粒的影响。Chongming Wang^[9]等在化学计量空燃比下单缸GDI发动机中研究了燃料（汽油与乙醇）和喷射系统（喷射压力和喷射条件）对颗粒排放的影响。Pablo Santirso^[10]等将1-D发动机仿真模型与SIMULINK结合，使用MATLAB将具有Lambert W功能的EOQ添加到模型中以研究GDI发动机的喷油控制策略。汽油喷射控制策略对发动机燃烧至关重要，喷油正时提前或推迟均可导致颗粒物排放增加；增大喷油压力，增大过量空气系数（采用较稀的混合气）等同样可减少颗粒物排放。

二次喷油策略是应用在车用发动机上的一种准均质稀燃技术，也是一种重要的喷油控制策略。国内外学者进行了二次喷射对GDI发动机性能影响的相关研究：陈雨阳^[11]等研究了缸内直喷汽油机在不同二次喷射时刻条件下的颗粒物粒径分布特性，试验结果表明：低负荷下，合理优化二次喷油时刻可以降低颗粒物排放；中等负荷时，单次喷射的颗粒物排放远低于二次喷射。韩文艳^[12]等使用FIRE软件对直喷汽油机单段喷射和两段喷射策略进行研究，发现采用两段喷油策略可明显改善燃油碰壁情况。G. Marseglia^[13]等在单次和两次喷射下对GDI发动机进行协同实验和数值分析，同时利用FIRE软件进行模拟研究了不同喷射策略对GDI发动机中混合物形成和燃烧过程的影响。二次喷射较单次喷射相比燃油经济性排放性均更好，且可降低爆燃强度及燃油碰壁情况。

在喷油压力和喷油正时影响发动机爆震及燃油湿壁方面，国内学者完成了如下研究：韩立伟^[14]等利用FIRE软件建立并模拟GDI发动机起动时第2缸的喷雾和混合气形成，分析了不同喷油策略下压缩上止点时混合气的空燃比分布和着火情况并指出了第二缸在不同喷油策略下发生自燃、可以点燃和失火的区域。钱丁超^[15]等使用CONVERGE软件建立了定容弹喷雾和发动机缸内流动喷雾的数值计算模型，分析了燃油喷射压力对啧雾贯穿距和索特平均直径及缸内湿壁现象的影响并使用段喷射策略对燃油湿壁问题进行改善。贾志超^[16]等制定了一种考虑发动机实际运行工况的超级爆震的试验测试程序，研究在扫气条件下燃油策略对超级爆震抑制作用及对发动机经济性和排放性的影响。Lei Zhou^[17]等通过实验方法研究了延迟喷射正时对汽油发动机的爆震阻力和循环变化的影响。结果表明：适当降低喷油压力、推迟燃油喷射角可缓解燃油湿壁问题；采用二次喷射、延迟喷油正时可抑制爆震。

本次研究利用GT-POWER软件建立GDI发动机模型，完成单次及二次喷射、喷油压力和喷油正时等策略对GDI发动机动力性、经济性、排放性能的影响；调整喷油控制，优化发动机的动力性、经济性、排放性能。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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研究的基本内容是了解GDI发动机相关理论原理，掌握GDI发动机性能的影响因素；学习GT-POWER软件，熟练掌握其功能和使用方法，依据建立的四缸GDI发动机的GT模型，获取其动力、排放特性曲线，讨论并依据模型分析喷油控制策略对发动机性能的影响并优化其性能。具体内容安排如下：

（1）利用校内图书馆和网络资源，通过查阅相关文献，在老师的指导下，针对某四缸GDI发动机，获取其动力、排放特性曲线，并分析喷油控制对发动机性能的影响，提出优化方案。

（2）利用GT-POWER软件建立四缸GDI发动机模型，对比不同喷油控制策略时发动机性能的影响；调整喷油控制策略，优化发动机的动力、排放性能。

（3）完成相关的图纸工作（设计类），并且完成相关英文文献的翻译工作。

（4）撰写论文