抑制爆燃——发动机喷水系统的应用与发展
目前研究人员主要通过小型化和涡轮增压来降低汽油机的油耗。但过高的燃烧温度、爆燃和随意提前点火限制了功率的增加。注水技术不仅能有效提高动力，还能提高涡轮增压和直喷发动机的热效率。
充气冷却
进气系统和燃烧室可以通过水的汽化焓来控制。焓)，比燃料的汽化焓高几倍。因此，通过其冷却作用可以缓解爆燃的可能性，采用较大的点火提前角可以提高中高负荷区的燃烧效率。
此外，为了降低爆燃趋势，研究人员适度提高了发动机的压缩比，可以降低整个发动机在整个工作特性区域的油耗。而且喷水可以有效消除混合气加浓的要求，在所有工况下都能实现充分燃烧。
除了降低油耗，还能实现三元催化转化器(TWC)的相关功能，从而有效满足实际行驶循环(RDE)法规。同时，较低的缸内温度也可以减少缸壁热损失。对于满足欧6排放的1四缸火花点火直喷(SIDI)涡轮增压发动机，该方案在全负荷下可提高整机热效率12%。这款的威力可以达到90？KW，并已在特里尔应用科技大学发动机试验室展出。
发动机的小型化进程也受到预燃现象的限制。一般来说，在满负荷和发动机低转速的情况下，会随机出现提前点火现象。这种现象被一些研究者称为低速随机提前点火(SPI)。SPI现象很少见，但一旦出现就会造成严重后果。目前，根据许多调查报告的研究结果，燃烧室内的液体或固体颗粒可能是触发预燃的重要原因。
研究人员对SPI现象进行了喷水测试。测试以2？000?R/min且节气门全开，发动机研发了1发动机，长度45？最小测试周期。研究人员为测试发动机匹配了1个特殊活塞来触发SPI现象。随着喷出的水雾进入进气区(低压喷射)，SPI现象的发生次数由19(基本方案，不喷水增稠)减少到4次。之后，研究人员使用油水混合物进行直接注射，SPI现象的数量进一步减少到1。当发动机以化学计量混合气运转时，缸内最高压力明显降低。虽然目前还没有充分研究低速提前点火的根本原因，但可以说明喷水过程可以有效削弱提前点火的趋势。
系统研究法
根据相关研究，如果喷水过程发生在取水口区域，则意味着只需要1低压储水系统。为了使冷却区域更靠近燃烧室，可以使用歧管喷射。
为了增强冷却效果，研究人员可以调整技术方案，以便直接向缸内注水。采用这种方法，可以利用水的全部汽化焓来冷却缸内的进气充量，但需要1高压供水系统。
喷水过程将由一个侧向注射器完成，一些研究人员更喜欢这种方法，因为它提供了独立的喷水定时控制功能。一般来说，大多数方法都是依靠燃油-水乳化液的形成过程，这种燃油可以通过1中央喷油器直接喷射。
在最初的实验中，研究人员使用了1种微乳液，并制备了表面活性添加剂。由于表面活性剂更容易促进爆燃，其使用过程并不理想，但即便如此，其使用成本仍然较低。为此，研究人员选择使用粗乳液。需要注意的是，这些粗乳液只能在很短的时间内保持稳定状态，通常在1？分钟后开始分离。
乳化过程可以在高压泵中完成，性价比高，只需要配1泵即可。但这种方法需要在燃油管中储存大量的乳化液，而且在储存过程中还需要防止发动机负荷的变化和怠速过程的发生。当发动机停止运转时，乳化液将会分离，这使问题更加复杂。因此，任何单泵系统的安全启动性能都需要进一步计算，以防止分离出的乳化液过于靠近喷射器。
为了解决上述问题并保持一定的乳化量，研究人员为发动机配备了两个高压泵，其中1用于喷水，另1用于喷射燃油。水和燃油将在喷油器附近的燃油轨中或喷油器中混合。最后的喷雾任务是将乳液转化为喷雾，喷雾可以进一步减小油滴的尺寸分布。但是对于每个周期的注入量，供给注入器的乳化液必须有1确定的油水混合比。
大规模生产考虑
就其实际应用而言，该系统在日常使用中必须具有较高的可靠性。比如冬天需要采取相应的措施防止储存的水结冰。如果乳化液离喷油器太近，研究人员必须设计相应的解决方案，以保证发动机的启动能力。这些问题可以通过额外的发动机关闭程序和相应的分流方案来解决。此外，研究人员还需要考虑喷洒水的来源和质量。
夏天科研人员要做好大量引进喷水系统的准备，从中可以使用1低压系统。这种方法可以使发动机更清洁、更高效、更有动力。
作者:克里斯托弗？海因里希？
整理:王？
编辑:伍斯特
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