中文摘要：

缸内直喷汽油（GDI）是未来车用汽油机的主流，相对柴油机有更大的节能和降低CO2潜力。本课题拟围绕实现GDI汽油机高效清洁燃烧所遇到的爆震问题及其控制途径、碳烟和微粒生成机理、高废气稀释氛围中的着火与燃烧三个关键科学问题，采用先进的数值模拟、激光测试以及发动机试验方法，借鉴基础燃烧研究的新理论开展研究工作。以期深化汽油机爆震机理认识，发展新的考虑压力波传播及其对燃烧影响的汽油机火花点火爆震模型和均质混合气压燃爆震模型，提出抑制爆震新思路；揭示汽油燃烧过程中碳烟和微粒生成机理，建立描述碳烟成核、长大与表面反应及迁移动力学全过程的欧拉-拉格朗日数理模型，发展描述颗粒物演变历程的气液固多相湍流与化学反应动力学的耦合计算方法；将大涡模拟引入内燃机湍流燃烧火焰计算中，提出用分区均质的方法提高燃烧稳定性和减少碳烟生成的新思路。研究结果将丰富和发展内燃机燃烧理论，同时可指导我国高效清洁汽油机的自主开发。

结论摘要：

汽油机缸内直喷技术是未来汽车节能减排的重要技术进步，但国内外研究开发中都遇到了高压缩比和增压条件下容易产生强烈爆震、碳烟生成、废气氛围中燃烧稳定性问题。项目围绕上述三个现象中的科学问题开展研究，以期发展内燃机燃烧理论，获得对自主开发高效汽油机有指导意义的结果。项目组成了内燃机和基础燃烧相结合的跨学科团队，包括国外合作研究者。设计建立了一批先进的专用试验设备高压缩比可视化发动机，一维定容弹，快速压缩机，液体燃料扩散燃烧器，二维轴对称层流对冲扩散火焰装置，激光诱导炽光法（PLII）测试系统等。取得创新性结果如下。 (1) 首次明确提出了在现代直喷增压汽油机中发生超级爆震的本质是在燃烧过程中产生了爆轰燃烧，增压引起的混合气的高能量密度是导致爆轰发生的先决条件，而浮游在燃烧室空间中的机油液滴和大粒径炽热碳粒是发生爆轰的诱因，起爆机制是近壁起爆和火焰面前锋热点爆炸起爆。 (2) 建立了包含壁面、多火焰面和压力波传播的爆震模型，获得了各种模式不正常燃烧过程的时空演化，定义了反映压力波对火焰面作用程度的第三登克尔数，发现了压力波传播及其与火焰面相互作用导致火焰面最大释热位置向未燃侧偏移而得到不断增强，形成压力强振荡的爆震现象。 (3) 通过大涡模拟耦合G方程火焰传播燃烧模型和化学反应动力学方法，建立了直喷汽油机的爆震燃烧三维模型，揭示出汽油机爆震燃烧过程中缸内压力分布极不均匀，压力波震荡和燃烧化学反应相互耦合，局部自燃放热提高压力波能量，压力传播激发顺序自燃。 (4) 建立了五组分汽油替代燃料反应机理，包含85组分和333个基元反应。该机理不仅能够准确描述单组分异辛烷、正庚烷、乙醇、甲苯、二异丁烯燃料的着火和燃烧过程，还能较为准确地预测多组分汽油替代燃料的着火延迟时间，反应不同辛烷值汽油的自燃特性。 (5) 研究了直喷增压汽油机微粒排放特性和形貌特征，揭示了不同运行条件下的微粒排放规律，发现直喷汽油机的微粒排放集中在凝聚态区域，而传统的PFI发动机集中在核态区域，扫描电镜观察到直喷汽油机的簇状颗粒物明显增多。 (6) 用快速压缩机在宽广的温度范围内对纯N2、Ar和CO2三种稀释气体进行了稀释燃烧研究，发现在负温度系数区和两级着火区，热效应重要，在850 K以上，CO2的化学效应才开始变得比热效应重要。发表论文33篇，其中SCI论文22篇，EI论文11篇。申请发明专利3项。