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类型缸内直喷汽油机技术探悉.doc

  • 上传人:cjc2202537
  • 文档编号:270413
  • 上传时间:2018-03-25
  • 格式:DOC
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    缸内直喷汽油机技术探悉.doc
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    1、缸内直喷汽油机技术探悉2008 年第 l2 期农业装备与车辆工程当空气量保持一定时,只要改变燃油喷射量,就能改变扭矩.其潜在的优点就是可以实现减速断油,提高燃油经济性和降低 HC 排放.GDI 发动机在进气过程喷油能够利用燃油的蒸发冷却进气,降低进气温度,汽化潜热主要来自新鲜充气,而不是燃烧室壁面,可实现提高充气效率目的.这些优点使得 GDI 发动机燃油经济性可以提高 25%左右,动力输出也比进气道喷射的汽油机增加了将近 10%.另外 GDI 技术瞬态反应快,空燃比的控制精确,潜在的系统优化能力也显示了它的优越性.2GDI 发动机面临的主要技术难点分析GDI 发动机具有柴油机的经济性,但由于柴

    2、油是自燃着火,初始着火总是发生于混合气中最适宜着火的地方,汽油需点燃着火.火花塞的固定使初始着火位置也随之固定,所以在汽油机上要达到类似于柴油机那样的工作方式一方面要兼顾不同工况下对混合气的要求和不同工况间的平稳过渡上,另一方面又要对缸内随时间,空间快速变化的油气运动精确控制,以便能在相对固定的点火位置周围形成可供点燃的混合气浓度,并形成一定的分层结构,促使稀薄气体的快速燃烧.因此围绕这些核心缸内直喷汽油机技术难点应主要有燃油喷射系统的适应,油气混合过程的研究,燃烧系统的设计,燃烧排放特性研究和控制等几方面GDI 发动机燃油直接喷入气缸.混合气形成的时间少,未蒸发燃油液滴可能导致燃油冲击到活塞

    3、顶部和缸壁表面,加大发动机的磨损,且导致微粒和HC 排放的增加.为实现燃油喷射微粒化并限制喷雾的穿透力形成高质量的混合气.燃油喷射系统高速时应提高压力,缩短喷油时间,以便显着提高燃油经济性能,低速时为防止燃油聚集.应采取低燃油压力,并延长喷油时间.GDI 高的喷射压力要求使汽油泵和喷油器功率要求增加,汽油的润滑性较差.因此,开发适应性强,抗磨损能力强,功率消耗低的燃油供给和喷射系统.是直喷汽油机需要解决的一个问题.油气混合的实质是缸内流场与喷雾的相互作用,流场结构的实现和保持主要通过燃烧室结构设计来进行,高质量的混合气形成要求喷雾分散化,微粒化和限制直线运动,当缸内流场特性和喷雾特性被确定后,

    4、首先要考虑的因素是喷油器的布置,随之也就要对火花塞位置进行考虑以确保稳定点火.由?54?于对汽油喷雾和空气的混合运动认识不足加大了开发难度.JeongK 等研究表明,直喷汽油机如果能在怠速和中小负荷下形成较好的分层混合气,则可以维持高效稳定的燃烧.而在大负荷和全负荷工况下,通常采用较早地把燃油在进气行程中喷人气缸,在点火时刻形成预混燃烧的均质混合气,GDI 发动机分层充气稀燃区域的稳定燃烧控制难度较大,部分负荷分层稀燃和大负荷均质燃烧模式转变时的控制也非常复杂.另外为了降低 NOx 排放 GDI 发动机采用较高的 EGR 率.且喷油嘴沉积物增加,都增加了稳定燃烧控制的难度.排放控方面.分层稀燃

    5、 GDI 由于混合气不均匀.燃料较稀的高温区使 NOx 产生较多,而较浓的区域易产生碳烟,分层混合气外边界较稀的部分易发生火焰延迟,熄灭现象和缸内喷油湿壁现象会使燃烧不好未燃碳氢(UBHC)的排放增多,而总体混合气较稀不能有效利用三效催化器,废气排温较低也不利于它的起燃,限制了它在直喷汽油机上的应用另外.GDI 发动机较高的压缩比和较快的反应放热率也会引起 NOx 升高.Lake 等人的研究指出,轻度节流和 20%的 EGR率可以减少 20%的未燃碳氢,燃油经济性降低2.5%,但如果为了降低 80%的 NOx 排放而采用EGR 和节流技术,燃油经济性的损失将达到 15%.燃油经济性和排放之间的

    6、协调将是直喷汽油机不得不面对的一个难点 I.GDI 发动机从冷起动到全负荷各种工况需要复杂的供油和燃烧控制,并需要复杂的排放控制系统和控制策略,使系统优化难度加大.3GDl 的技术应用由上述分析可知,GDI 发动机的发展面临稳定燃烧控制,燃油经济性提高,性能可靠性以及排放控制等方面的挑战.GD1 发动机的技术应用,发展也主要围绕这些核心展开.3.1 高压涡流喷射为了能使油气更充分地混合燃烧,需要使空气进入燃烧室后形成漩涡,为此,GDI 发动机进气道的形状由传统的横向进气道改为直立式进气道,以减小进气阻力,提高进气流速.吸气时高流速空气形成沿着进气侧气缸壁的很强的下降气流,沿与气流相反的方向,可

    7、产生在燃烧室内运动的纵向气流.活塞顶部形状的不规则,即弯曲顶面活塞能使已形成的马洪新:缸内直喷汽油机技术探悉 2008 年 l2 月纵向涡流进一步加强,喷出的燃油会随着强烈的涡流而更好地挥发,这能达到很好的雾化效果,又可提高火焰传播速度,有利于燃烧充分地进行.喷油高压和喷雾运动是实现燃油喷射微粒化,使微粒化的燃油颗粒加速气化,促进燃油气体与周围空气混和的重要因素,喷射压力在能保证燃油微粒化的情况下.应尽量降低,一般最高控制在 5MPa 左右;涡流喷油器在前期喷射中,喷雾形状采用大喷雾角的空心锥体形状能随进气涡流在整个燃烧室内运动,压缩行程喷油时,小型活塞凹坑内形成紧凑形状的喷雾分散,也能使喷雾

    8、形成涡流运动.三菱公司 GDI采用的喷油器前部设置有涡流器,能形成强烈的喷雾涡流,丰田公司的喷油器出口处设置凹囊,可以对喷雾的方向通过喷油器轴加以补偿调整,日产公司则通过喷油口倾斜布置来实现方向偏置调整.3.2 燃烧过程控制在 GDI 发动机在启动时刻探测处于压缩冲程的气缸并向该气缸内喷油,在压缩冲程中完成混合气的混合,到上止点时开始点火,保证了 GDI 发动机的优异的启动性能.GDI 发动机可以自由控制扭矩输出,即当空气量保持一定时,只要改变燃油喷射量,就能改变扭矩,可最大限度降低燃油消耗.爆震控制方面 GDI 发动机采用“ 二步燃烧“来实现,即在进气冲程中喷射 1/4 的喷油量,形成与理论

    9、空燃比相比约为 0.25 左右的极稀薄混合气.此为预燃混合气,剩余的 3/4 燃油则在压缩冲程后期加以喷射,形成高度集中的浓混合气,前期反应时间极短,限制了爆燃现象的发生.为控制排放,发动机启动后的怠速状态中,采用分层燃烧方式,即压缩行程的喷油在做功行程前半期完成燃烧,后半期重新喷油使催化器迅速达到工作所需温度,则启动后排出的 HC 大幅度降低.在轻负荷时采用强分层燃烧,中负荷时采用弱分层燃烧,利用炭黑传播中重新燃烧降低炭烟的排出.3.3 排放净化控制为有效控制 NOx 排放.GDI 发动机采用两种控制方法:a.新型的废气再循环系统(EGR)GDI 发动机应用了电子控制步进电机式 EGR阀.以

    10、此在超稀薄燃烧运转时进气管真空度低的条件下,高精确度地引人大量的废气进人燃烧室,因其具有开启,关闭无滞后且流量控制精确稳定的优点,废气再循环率可达 35%,NOx 排放可减少 90%.b.新型催化反应器为能在混合气稀薄的状态下净化 NOx,GDI 发动机中采用稀薄 NOx 催化器.日本三菱公司采用了选择还原型催化器,而丰田公司采用 NOx 捕集型催化器,多依汽油中硫分的含量选择.稀燃催化剂的开发将直接影响到 GDI 发动机排放问题的解决.4 结论尽管 GDI 发动机还面临很多技术难题,高精度和复杂的电控手段和设备也使得它的制造成本昂贵,但其良好的燃油经济性和越来越严格的排放法规要求以及现代电子

    11、控制,制造等技术的发展条件使得它的推广应用速度加快,社会的要求给 GDI 的发展提供了动力,GDI 发动机必将最终取代 PFI 发动机成为车辆的标准配置参考文献1DavidCArters,EwaABardasz,EhzabethA,eta1.AComparisonofGasohneDirectInjectionandPortfudinjectionVehicles:(Part1)FuelSystemDepositsandVehiclePerformanceC.SAEPaper1999 一 O114982McGeeJ,CurtisE,RussS,eta1.TheEffectsofPortFuel

    12、InjectionTimingandTargetingonFuelPreparationRelativetoaPrevaporizedSystemC.SAEPaper2000 一 O12834.3孙勇,王燕军等 .缸内直喷式汽油机的研究进展及技术难点J.内燃机,2002,(1):6-10.4JF.zhao,M.C.Lai,D.L.Harrington.AutomotiveSparkignitedDirectinjectionGasohneEnginesProgressinEnergyandCombustionScience,1999,25:437562.5杨世春,李君等 .缸内直喷汽油机技术发

    13、展趋势分析J.车用发动机,2007(5):10.(上接第 49 页)参考文献1GBl82852005.确定点燃式发动机在用汽车简易工况法和排气污染物排放限值的基本原则和方法(双怠速及简易工况法)s.北京:中国环境科学出版社.2005.f21GB1476193.汽油车双怠速法排放测量设备和计算机控制软件技术要求s北京:中国环境科学出版社,1993.3GB14762-2002.汽油车简易瞬态工法排放测量设备和计算机控制软件技术要求S北京:中国环境科学出版社,2002.4江宇红.汽车排放检测新技术研究 LJ.中国环境监测,2004,20(1).5邵祖峰 l 我国机动车尾气检测现况与发展对策J.汽车工业研究.2(102(4).5徐志敏.浅析汽油车排放污染物的检测方法D. 武汉:华中科技大学.2006.6JEquipmentSpecificationsandQualityControlRequirementsforGasolineVehiclesExhaustEmissionTestinStearateLoadedMode2006.7郭常亮,鲍晓峰等彳 0 用简易工况法对在用汽车排放检测之探讨J.农业装备与车辆工程,2007(5).8叶鸣,周德光 ,刘桂雄等.简易工况法汽车尾气排放检测系统设计_J.机电产品开发与创新,2006,19(1)?55?

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