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文檔簡介

1、演講人:趙 強(qiáng)學(xué) 號:201620065機(jī)械工程學(xué)院目錄1.燃油噴射技術(shù)的發(fā)展2.稀薄燃燒3.缸內(nèi)直噴4.缸內(nèi)直噴技術(shù)的運(yùn)用5.缸內(nèi)直噴技術(shù)總結(jié)6.稀薄燃燒發(fā)動機(jī)的優(yōu)劣分析7.稀薄燃燒與缸內(nèi)直噴技術(shù)的發(fā)展方向1.燃油噴射技術(shù)的發(fā)展 20世紀(jì)末以前,化油器由于結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,成本較低,被廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)上。 為了適應(yīng)汽車排放法規(guī)日益嚴(yán)苛的要求,取而代之的汽油噴射技術(shù)成為汽車發(fā)動機(jī)燃油供給系統(tǒng)的主流。傳統(tǒng)的汽油噴射技術(shù)即為進(jìn)氣道噴射技術(shù),其分為單點(diǎn)噴射和多點(diǎn)噴射。 隨著汽車電控技術(shù)的迅速發(fā)展,以及人們需求的不斷提高,主流的進(jìn)氣管噴射技術(shù)慢慢的走下歷史舞臺,人們?yōu)樽非笃嚢l(fā)動機(jī)良好的燃油經(jīng)濟(jì)

2、性和尾氣排放質(zhì)量,從而提出了汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)。2.稀薄燃燒 顧名思義就是發(fā)動機(jī)混合氣中的汽油含量低,汽油與空氣之比可達(dá)1:25以上,使達(dá)到燃燒效率高,經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等目的,(將過量空氣系數(shù)=1左右提高到且遠(yuǎn)超于1.1的水平,可以降低發(fā)動機(jī)油耗并改善CO2排放。)燃油混合氣過稀也會引發(fā)一系列問題,故存在稀薄燃燒極限。應(yīng)注意:稀薄燃燒只是在部分負(fù)荷工況范圍實(shí)行稀薄燃燒, 在啟動、怠速、加速和全負(fù)荷工況下都不能實(shí)行稀薄燃燒。 2.1.稀薄燃燒的方式 稀薄燃燒是建立在分層燃燒的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn),所謂分層燃燒就是,在著火時刻火花塞周圍分布適合著火的濃混合氣,而燃燒室其他地方為稀混合氣。稀薄燃燒方式可分為:混合

3、氣形成方式化油器式、汽油噴射式氣缸內(nèi)渦流形式軸向分層式、縱向分層式根據(jù)噴射方式氣道噴射式(PFI)、缸內(nèi)直噴式(GDI) 軸向分層燃燒 軸向分層燃燒是指:對進(jìn)氣管噴射汽油時,只要將噴油定時和空氣渦流運(yùn)動巧妙地配臺,就可能實(shí)現(xiàn)氣缸內(nèi)混臺氣的軸向分層,如下圖所示。進(jìn)氣過程早期只有空氣進(jìn)入氣缸,進(jìn)氣組織較強(qiáng)的渦流;當(dāng)進(jìn)氣門開啟接近最大升程時,將燃料噴入進(jìn)氣道;燃料在渦流的作用下,沿氣缸軸向便能發(fā)生分層。若渦流運(yùn)動的徑向分量比軸向分量強(qiáng),剛在壓縮過程就能維持這種軸向分層,在火花塞附近一層有較濃的混合氣,而其余部分混合氣較稀。軸向分層在四氣門汽油機(jī)上應(yīng)用較好,有的是只用一個氣道產(chǎn)生強(qiáng)烈渦流,也有的是兩個

4、氣道均形成渦流。縱向分層燃燒 是以日本三菱公司為代表的其旋轉(zhuǎn)軸線平行于曲軸中心線的翻滾氣流,又稱滾筒分層。特點(diǎn):進(jìn)氣道中心線幾乎與氣缸中心線平行。原理:氣流沿缸壁豎直向下,遇活塞而翻滾向上,在壓縮后期分解成無數(shù)的小漩渦:兩個進(jìn)氣道中只有一個噴油,另一個不噴,所以形成濃和稀兩股氣流,實(shí)現(xiàn)分層充氣。 缸內(nèi)直噴(GDI)是指將噴油嘴設(shè)置在進(jìn)排氣門之間,高壓燃油直接注入燃燒室平順高效地燃燒,缸內(nèi)直噴所宣揚(yáng)的是通過均質(zhì)燃燒和分層燃燒實(shí)現(xiàn)了高負(fù)荷、尤其是低負(fù)荷下的燃油消耗降低,動力還有提升的一種技術(shù)。又稱FSI(Fuel Stratified Injection),即燃料分層噴射技術(shù)。3.缸內(nèi)直噴3.1.

5、缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)的燃燒方式:均質(zhì)燃燒普通燃燒方式,即燃料和空氣混合形成一定濃度的可燃混合氣整個燃燒室內(nèi)混合氣的空燃比低相同的。分層燃燒整個燃燒室內(nèi)混合氣的空燃比不同,火花塞周圍混合氣濃度比其他地方高。目的 均質(zhì)燃燒:在高速行駛、加速行駛時獲得大功率; 分層燃燒:在低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷是節(jié)省燃油。目前,為達(dá)到分層燃燒的所采取的技術(shù)手段主要有以下三種:1.采用多次噴射技術(shù),使混合氣濃度加以區(qū)分。2.利用燃燒室壁面結(jié)構(gòu),令混合氣產(chǎn)生滾流,進(jìn)而產(chǎn)生濃度差異。3.通過可變進(jìn)氣技術(shù),在發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時,對部分進(jìn)氣道實(shí)施截流,以增大進(jìn)氣渦流強(qiáng)度,促使混合氣分層的形成。一般來說氣道噴射稀薄燃燒(PFI)發(fā)動機(jī)多采用第

6、三種技術(shù)方案,而直噴稀薄燃燒(GDI)發(fā)動機(jī)則對前兩種實(shí)現(xiàn)手段更為青睞。多次噴射實(shí)現(xiàn)分層燃燒的過程: 首先,發(fā)動機(jī)在進(jìn)氣行程活塞移至下至點(diǎn)時,ECU控制噴油嘴進(jìn)行一次小量的噴油,是氣缸內(nèi)形成稀薄混合氣。 其次,在活塞圧縮行程末端是在進(jìn)行一次噴油,這樣在火花塞附近形成混合氣相對濃度較高。利用燃燒室壁面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分層燃燒: 油束在不同的壁面溫度、撞壁高度和油束入射角對油束霧化發(fā)展有著很大影響。4.缸內(nèi)直噴技術(shù)的運(yùn)用VAG集團(tuán)中被廣泛運(yùn)用,由AudiRS4和R8共享的4.2升FSI發(fā)動機(jī)即是其中性能強(qiáng)悍的代表作。比較著名的三菱缸內(nèi)噴注汽油機(jī)(GDI),可令混合比達(dá)到40:1。大眾的直噴汽油發(fā)動機(jī)(FS

7、I),則是采用了一個高壓泵,汽油通過一個分流軌道(共軌)到達(dá)電磁控制的高壓噴射氣門。本田最新的VTEC發(fā)動機(jī)也將采用稀燃技術(shù),能夠比一般省油20%。其中各廠商缸內(nèi)直噴技術(shù)英文縮寫:大眾:TSI(其中T代表渦輪增壓)、奧迪:TFSI/FSI、梅賽德斯-奔馳:CGI、寶馬:GDI、通用:SIDI、福特:GDI、比亞迪:TI。5.缸內(nèi)直噴技術(shù)總結(jié) 車汽油發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)稀燃的關(guān)鍵技術(shù)歸納起來有以下三個主要方面:一、提高壓縮比采用緊湊型燃燒室,通過進(jìn)氣口位置改進(jìn)使缸內(nèi)形成較強(qiáng)的空氣運(yùn)動旋流,提高氣流速度;將火花塞置于燃燒室中央,縮短點(diǎn)火距離;提高壓縮比至13:1左右,促使燃燒速度加快。二、分層燃燒如果稀燃技

8、術(shù)的混合比達(dá)到25:1以上,按照常規(guī)是無法點(diǎn)燃的,因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過缸內(nèi)空氣的運(yùn)動在火花塞周圍形成易于點(diǎn)火的濃混合氣,混合比達(dá)到12:1左右,外層逐漸稀薄。濃混合氣點(diǎn)燃后,燃燒迅速波及外層。為了提高燃燒的穩(wěn)定性,降低氮氧化物(NOx),現(xiàn)在采用燃油噴射定時與分段噴射技術(shù),即將噴油分成兩個階段,進(jìn)氣初期噴油,燃油首先進(jìn)入缸內(nèi)下部隨后在缸內(nèi)均勻分布,進(jìn)氣后期噴油,濃混合氣在缸內(nèi)上部聚集在火花塞四周被點(diǎn)燃,實(shí)現(xiàn)分層燃燒。三、高能點(diǎn)火 高能點(diǎn)火和寬間隙火花塞有利于火核形成,火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短,燃燒速度增快,稀燃極限大。有些稀燃發(fā)動機(jī)采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來達(dá)到上述目的。6.

9、稀薄燃燒發(fā)動機(jī)的優(yōu)劣分析 6.1.優(yōu)勢 1.對經(jīng)濟(jì)性的改善 隨著空燃比的增加,發(fā)動機(jī)油耗明顯下降(1)首先是采用稀薄混合氣燃燒時循環(huán)熱效率提高。(2)另外,由于稀燃混合氣燃燒溫度低,燃燒產(chǎn)物的離解損失減小,并且降低了與氣缸壁面的傳熱,也使熱效率得以提高。(3)由于稀燃發(fā)動機(jī)一般不受到高負(fù)荷時的爆燃極限的限制,可以采用較高壓縮比,有利于熱效率的提高。 2. 對排放的改善 隨著空燃比的增加,由于采用稀的混合氣使燃燒溫度降低,NOx的排放明顯減少,同時燃燒產(chǎn)物中的氧成分有利于HC和CO的氧化,因此,HC和CO的排放也減小,然而,隨著空燃比增加到一定程度,由于燃燒速度的降低可能會使燃燒不完全,HC的排

10、放會迅速增加。如果能合理地設(shè)計緊湊的燃燒室,并組織好空氣運(yùn)動使燃燒在短時間內(nèi)完成,那么三種排放都可以大大減少。 6.1.不足 (1) 在稀薄燃燒中,排放氣體中殘留很多氧氣,不能進(jìn)行NOx還原反應(yīng)。為了使NOx吸儲型催化劑獲得高效功能,其溫度必須保持在250-500范圍內(nèi)。當(dāng)超過這一溫度范圍發(fā)動機(jī)會自動轉(zhuǎn)換到均質(zhì)理論空燃比燃燒,并通過三效催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行廢氣處理。然而這又與燃油經(jīng)濟(jì)性下降相關(guān),為此,必須增加廢氣冷卻裝置。 (2)另稀燃發(fā)動機(jī)由于噴射器的加入導(dǎo)致了對設(shè)計和制造的要求都相當(dāng)?shù)母?,如果布置不合理、制造精度達(dá)不到要求導(dǎo)致剛度不足甚至漏氣只能得不償失。 (3)稀燃發(fā)動機(jī)對燃油品質(zhì)的要求也比較高。7.稀薄燃燒與缸內(nèi)直噴技術(shù)的發(fā)展方向HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)的意思是“均質(zhì)充量壓燃”,它是一種以O(shè)tto往復(fù)式汽油機(jī)為基礎(chǔ)的一種新型燃燒模式。在實(shí)際運(yùn)用HCCI技術(shù)的研發(fā)上,奔馳和GM走在了前列,以奔馳的07年的F700概念車為例,其DiesOtto 1.8T直4 CGI直噴發(fā)動機(jī)在采用HCCI技術(shù)后,輸出功率達(dá)到238hp,最大扭矩達(dá)到400N.m,完全就是一臺3.5L V6的水平,難得的是它的油耗僅為6L/100km,二

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