1、 .wd.缸內直噴發動機教案一、傳統汽油機燃燒系統的缺陷：1、汽油機功率采用進氣管節流的變量調節，無法到達變質調節的準確性。2、噴油嘴離燃燒室有一定的距離，汽油與空氣的混合情況受進氣氣流的影響較大，并且微小的汽油顆粒會吸附在管壁上而不能充分利用。3、空燃比必須在著火界限內，熱效率低，假設稀混合氣工作那么熱效率可提高，空燃比采用20與27較14.7時熱效率相應提高8%與12%。3、排氣污染嚴重HC,CO,NOX，一般汽油機的混合比范圍正是排放較高的范圍，空燃比到達23以上就可以實現低排放。二、稀薄燃燒： 這就是稀薄燃燒是指將過量空氣系數從1左右提高到且遠超過1.1的水平，空然比可達25：1，甚至

2、可到達40：1如三菱GDI可以降低發動機油耗并改善CO2排放。過稀的混合氣會給燃燒帶來麻煩，主要的問題有點燃困難、燃燒不穩定、催化轉化器的NOx轉化效率下降等問題。稀薄燃燒只是在局部負荷工況范圍實行稀薄燃燒，啟動、怠速、加速和全負荷都不能實行稀薄燃燒。三、實現稀薄燃燒的兩個條件1、稀薄燃燒技術需要很強的點火能量。可采用提高壓縮比或采用多極火花塞或雙火花塞構造2、稀薄燃燒技術需要空氣能跟汽油充分混合。如采用垂直進氣道等構造三、稀薄燃燒系統的形式1、 均質稀混合氣燃燒： 這種燃燒方式主要是通過提高壓縮比、改良點火系統以及加強混合氣的紊流等來實現的。有代表性的幾種均質稀混合氣燃燒系統有梅型火球燃燒室

3、、射流燃燒室等。 MAN燃燒系統 射流燃燒室2、 分層稀混合氣燃燒： 這種燃燒方式主要是通過控制混合氣的濃度分布來實現的，其在火花塞附近混合氣比擬濃，空燃比約 為1213，保證可靠的點火，在其余大局部區域混合氣較稀，空燃比在20以上。分層充氣燃燒系統主要有三種：1） 直噴式分層燃燒系統： 如Texaco公司的TCCS、Ford公司的PROCO及日本Satoshi Kato等人提出的OSKA2. 分隔式燃燒室分層燃燒系統： 如本田公司的CVCC3. 軸向分層燃燒系統： 如美國M. R. Showalter首先提出充量軸向分層的概念，隨后A. A. Quader等人對軸向分層充氣發動機進展了進一步

4、的研究。三菱公司那么推出了基于這一概念的4氣門滾流分層發動機。天津大學提出的在5氣門發動機上采用進氣道二次噴射亦很好地實現了該方式的稀燃，并取得了較好的效果。 TCCS燃燒系統 本田CVCC燃燒系統3、 混合燃燒： 混合燃燒方式是將發動機分為高負荷和低負荷區，在低負荷區使用分層燃燒，在高負荷區仍然利用常規燃燒。1995年三菱公司研制成功的GDI發動機首次實現了混合燃燒。三菱公司GDI發動機在低負荷區的空燃比到達3040，高負荷區的空燃比為1314。 三菱的GDI燃燒系統 豐田的GDI燃燒系統GDI燃燒系統1、 混合氣生成的形式：1、 油束控制： 錐型油束直接將燃油送往火花塞，在油束控制的燃燒系

5、統中，噴油器安置在氣缸中央，火花塞必須布置在噴油器附近，油束的空氣利用率依靠油束的穿透深度保證。油束和火花塞相距太近，可供混合氣生成利用的時間太短，液態燃料會潤濕火花塞，縮短火花塞壽命。該系統未能投入批量生產。 油束控制 壁面控制2、 壁面控制燃燒系統： 在壁面控制的燃燒系統中，噴油器和火花塞相隔較遠，噴油器將油束噴到活塞凹坑中，然后油氣流將燃油送往火花塞。為了防止溫度過高，噴油器不應布置在排氣側而應在進氣側，活塞凹坑的開口也指向進氣側。3、 氣流控制燃燒系統： 在氣流控制的燃燒系統中，利用輪廓清楚的缸內氣流與油束相互作用，在發動機的大局部工況范圍內都能實行恰當的充量分層。4、依靠燃油噴霧的噴

6、霧控制方式 第2、3種方式有可能行程壁面油膜，是造成HC排放高的主要原因。后一種方式那么與噴霧特性和噴射時間關系密切，但控制起來比前兩種要困難。2、 GDI構造原理：1、 使用垂直的進氣管。 進氣歧管改垂直式進入汽缸,這樣的設計可改善進氣增壓的效果。左邊:GDI直立式進氣歧管，反向回漩氣流。右邊:傳統汽油發動機機進氣方式2、 高壓的燃油噴射。 改用可以到達5Mpa的高壓汽油壓力，3、 噴油嘴能形成高壓.漩式的霧狀。4、 活塞形狀采用有凹凸的曲面。 活塞外表是呈凹凸的曲面，這些的改變使GDI發動機能使用超稀薄燃油(40:1)，且點火情況良好。燃油經高壓后“呈現霧狀，且油汽運方式都有改善,克制稀薄

7、燃燒的點火不易、發動機爆震與NOx過高的問題。(是由由于高壓供油且汽流的卷動方式配合活塞頂端的凹凸曲面,在壓縮形成后，使得被噴入汽缸內的燃料經微粒化后形成非擴散的噴霧狀，然而在活塞頂部空間氣化而這些混合氣被回漩帶到火花塞附近,使得稀薄油氣在火花塞附近濃度足夠,整個汽缸混合氣也可以足夠到燃燒的比例。5、 根據工況不同的需求，采用三種不同正時的供油模式。1） 低于120km/h時： 在時速低于120km/h以下,使用40:1的超稀薄燃燒，由于供油正時接近在壓縮行程的末期，空氣密度極高，供應少量燃油即可，再配合GDI發動機的其他特殊構造，可以防止爆震或點火不易的問題，進而實現超稀薄燃燒。2） 高于1

8、20km/h時： 高動力輸出模式，使用進氣行程供油，跟傳統發動機一樣，能輸出較高的功率。燃油在進氣行程時供油，可提供冷卻氣缸的作用。此模式的空燃比為30:1.3） 起步或再加速時： 在轉速突然升高時，由于GDI發動機的壓縮比高達12.5:1，為防止發動機出現爆震，在此工況下采用輔助噴油和主噴油兩段供油模式。A、輔助噴油：在發動機運行進氣行程時，發動時機進展一次噴油，噴油數量不大，空燃比為60:1這局部少量的汽油會氣化揮發吸收熱量，從而降低氣缸內的溫度，氣缸內混合氣密度增大，所以這次噴油的后果在給氣缸降溫的同時還可以提高進氣密度，讓更多的空氣進入到氣缸，而且能確保汽油跟空氣均勻的混合。B、主噴油

9、：當活塞到達壓縮行程上止點，在火花塞點火之前，會有一定量的汽油再次被噴出，這次噴油為主噴射。此時火花塞附近有最濃的混合氣，以便點火，空燃比為12:1.進而提高發動機的動力。 進氣與壓縮形程各噴油一次 GDI燃燒系統可以實現分層混合氣燃燒和均質混合氣燃燒，其中最核心的是分層燃燒。 FSI發動機 FSIFuel Stratified Injection，燃料分層噴射技術，就是“缸內直噴發動機，“直噴式汽油發動機1、 特點：1、將燃油直接噴入燃燒室，不再需要節氣門，降低了發動機的熱損失，從而增大了輸出功率并降低了燃油消耗。2、最大地優化了進氣混合效率，增加了火花塞點燃式發動機的扭矩和輸出，同時增加了

10、15%的經濟性，為降低排放奠定了根底。二、工況模式：分層充氣模式均質稀混合氣模式均質混合氣模式三、控制原理：1、分層充氣模式1在低速或中速運轉時節氣門為半開狀態，進氣歧管翻板封住下進氣道, 使空氣運動就加速，吸入的空氣呈旋轉狀進入氣缸并撞擊活塞頂部，由于活塞頂部制作成特殊的形狀從而在火花塞附近形成期望中的渦流。2） 當壓縮過程接近尾聲時，少量的燃油由噴油器噴出，形成可燃氣體。通常噴油開場于約上止點前60°，完畢于約上止點前45°，燃油被噴射到燃油凹坑內噴油時刻對混合氣的形成影響較大，混合氣形成只發生在40°50°曲軸角之間，如小于這個范圍將無法點燃混合氣

11、，大于這個范圍將成為均質充氣模式。空氣-燃油比=1.6 - 33這種方式可充分提高發動機的經濟性，因為在轉速較低，負荷較小時除了火花塞周圍需要形成濃度較高的油氣混合物外，燃燒室氣體地方只需要空氣含量較高的混合氣即可。在燃燒時只有混合好的氣霧被點火燃燒，混合好的氣霧周圍的氣體起隔離作用，缸壁熱損耗小，使熱效率提高。4） 節氣門不能完全翻開，因為總是得保持一定的真空用于活性炭罐裝置和廢氣再循環裝置發動機所產生的扭矩大小只取決于噴油量， 在這里吸入的空氣量和點火角并沒有多大意義。2、 均質稀混合氣模式1） 進氣與分層充氣一樣，節氣門翻開，進氣歧管翻板關閉。2燃油約在點火上止點前300° 時

12、噴入吸氣行程，混合氣形成可用時間較長。Ø 空氣-燃油比約 = 1,553） 燃燒發生在整個燃燒室內，點火時刻可自由選擇。3、 均質模式1） 節氣門按照油門踏板的位置來翻開，進氣歧管翻板根據工作點來翻開或關閉，在中等負荷和轉速范圍時為關閉狀態。噴油、混合氣形成和燃燒與均質稀混合氣模式是一樣的。2當發動機高速運轉時，節氣門完全開啟，大量空氣高速進入氣缸形成較強渦流并與汽油均勻混合，從而促進燃油充分燃燒，提高發動機的動力輸出。 電腦不斷根據發動機的工作狀況改變注油模式，始終保持在最適宜的供油方式，提高了燃油的利用效率和發動機的動力，同時改善了排放。四、優點1、分層充氣模式和均質稀薄充氣模式中的節氣門脫開狀態在此操作模式中，Lambda 值處于1,55和3 之間。這樣節氣門的開度更大并且吸入空氣時遇到的阻力也較小。2、 稀薄模式在分層充氣模式中發動機在Lambda 值在1,6 至3之間運行；在均質稀薄模式中發動機在Lambda 值約1,55 的狀況下運行。3、氣缸壁熱損耗較小，在分層充氣模式中燃燒僅發生在火花塞的周圍區域，所以氣缸璧上的熱量損耗較小并且熱效率也提高了。4、 高廢氣再循環時的均質模式，在均質充氣模式中由于存在強烈的充氣運動，所以發動機廢氣再循環的兼容性最大可到達25%。為了在廢氣再循環率較低時能吸入一樣容量的