面临日益严峻的能源及环境问题,缸内直喷(GDI,Gasoline Direct Injection)汽油机因其良好的动力性、燃油经济性及瞬态响应性成为车用发动机的重要发展趋势。为进一步提升GDI汽油机性能,本文开展了喷油策略优化研究,以提升分层混合气形成质量及降低壁面油膜,并提升发动机指示热效率。根据该GDI汽油机几何参数结合CATIA及AVL-Fire软件建立发动机三维CFD数值模型。进行定容弹喷雾试验,完成喷雾子模型的标定,结合发动机台架试验数据,对燃烧模型进行验证。随后针对不同工况进行喷油策略的优化研究,主要研究内容及结论如下:1、2000r/min全负荷工况下喷油策略对分层混合气形成质量及燃烧特性影响(1)两次喷油策略下,第二次喷油时刻过早和过晚都导致混合气分层不理想,燃烧性能下降。当第二次喷油时刻为70°CA BTDC时,混合气分层效果最佳,快速燃烧期最短,燃烧速率最快,指示热效率最高。随第二次喷油比例的增大,点火时刻火花塞附近混合气浓度增大,壁面油膜质量呈先减小后上升的趋势,两次喷油比例为7:3时,分层混合气质量较好,壁面油膜质量最低,指示热效率最高,为34.22%。(2)采用三次喷油策略时,三次喷油比例为5:3:2、第二次喷油时刻为150°CA BTDC时,分层混合气形成质量最佳,产生的油膜较少,火焰传播更为迅速,缸压峰值较高,同时燃烧重心更靠近压缩上止点,指示热效率提高到36.78%。(3)与单次喷油策略相比,多次喷油策略促进了燃油的蒸发,降低了壁面油膜质量,尤其三次喷油策略较单次喷油策略油膜量降低了52.81%;多次喷油策略形成的火花塞附近较浓而末端均匀稀薄的分层混合气,相比单次喷油策略下的均质混合气更利于火焰的传播,三次喷油策略较单次喷油策略指示热效率提高了2.58%;多次喷油策略下末端混合气稀薄,有效抑制了爆震倾向。2、不同工况下喷油次数优化研究(1)对低转速小负荷工况,多次喷油策略显著改善燃油蒸发特性并降低油膜质量,具备更高的缸压峰值,燃料利用率更高,二次喷油策略指示热效率略高于三次喷油策略,且三次喷油策略控制策略更为复杂,故此工况选用二次喷油策略最佳。(2)中低转速中等负荷工况及中高转速大负荷工况下,二次及三次喷油策略较单次喷油策略混合气形成质量更佳,尤其三次喷油策略燃烧持续期最短,燃烧速率最快,燃烧重心更靠近压缩上止点,从而使指示热效率得到进一步提升,故此工况下采用三次喷油策略最佳。