第1章 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)

1、 汽車工程學(xué)院 汽油缸內(nèi)直噴（GDI：Gasoline Direct Injection）是指汽油機(jī)采用與柴油機(jī)燃料噴射相同的方式將燃料通過安裝在缸蓋上的噴油器直接噴到缸內(nèi)使之燃燒的一種新型技術(shù)。GDI發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)PFI發(fā)動(dòng)機(jī) 汽車工程學(xué)院 當(dāng)燃油直接噴到缸內(nèi)時(shí)，可自由控制燃燒室內(nèi)的燃油分布，利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的進(jìn)氣道與活塞形成空氣流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)混合氣在缸內(nèi)分層分布，由此可獲得在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中不可達(dá)到的稀空燃比（如40:1）（理想空燃比14.7：1），實(shí)現(xiàn)超稀薄混合氣穩(wěn)定燃燒。這種系統(tǒng)主要的目的是降低汽油機(jī)的燃油消耗率，特別是低負(fù)荷工況下的燃油消耗率，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)較好的缸內(nèi)排放。 汽車工程學(xué)院 GDI的優(yōu)

2、點(diǎn)： GDI相對(duì)于傳統(tǒng)燃料噴射（PFI）方式而言，有如下優(yōu)點(diǎn)： 1）可進(jìn)一步改善燃油經(jīng)濟(jì)性，最大燃油消耗改善率可達(dá)25% 。這主要是由于不會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)在進(jìn)氣門處形成油膜，影響發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量精確控制（傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)會(huì)有4-10個(gè)不穩(wěn)定循環(huán)，排放變差，燃油經(jīng)濟(jì)性變差）。 汽車工程學(xué)院 3）可以更精確的控制空燃比； 4）允許用較大的廢氣再循環(huán)EGR率； 5）冷起動(dòng)時(shí)未燃碳?xì)洌║BHC）排放少。這主要是由于GDI不會(huì)在進(jìn)氣道表面形成油膜。 6）燃燒采用的是稀混合氣，可減少CO2排放； 7）起動(dòng)迅速。GDI通常在第二個(gè)循環(huán)就可著火，而PFI則至少需要10個(gè)循環(huán)以上才能著火。 汽車工程學(xué)院1.2 汽油

3、機(jī)廢氣再循環(huán)汽油機(jī)廢氣再循環(huán) 廢氣再循環(huán)技術(shù)： 工作過程是將部分排氣引入進(jìn)氣管，以提高混合氣中廢氣成分，主要通過三個(gè)方面減少NO化合物的形成。（高溫富氧生成NO化合物） 1）降低最高溫度（廢氣中含有水蒸氣和二氧化碳等氣體，比熱容大，可有效降溫） 2）降低氧濃度（廢氣稀釋） 3）降低燃燒速度（廢氣中含有大量的惰性氣體，稀釋了新鮮空氣，降低反應(yīng)速率） 缺點(diǎn)是大負(fù)荷時(shí)會(huì)造成動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性下降。 汽車工程學(xué)院 外部EGR：將部分廢氣經(jīng)外部管路引入進(jìn)氣系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)EGR。 EGR冷卻系統(tǒng) EGR冷卻系統(tǒng)的功用：對(duì)EGR氣體進(jìn)行冷卻，這不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒溫度比用通常EGR的更低，從而進(jìn)一步減少NOX的排放，

4、而且還能有效地提高進(jìn)氣密度，使燃燒更完全，對(duì)減少PM等污染物排放也非常有利。 汽車工程學(xué)院1.3 汽油機(jī)可變配氣相位技術(shù) 大家都知道，氣門是由發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸通過凸輪軸帶動(dòng)的，氣門的配氣正時(shí)取決于凸輪軸的轉(zhuǎn)角。在普通的發(fā)動(dòng)機(jī)上，進(jìn)氣門和排氣門的開閉時(shí)間是固定不變的，這種固定不變的正時(shí)很難兼顧到發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速的工作需求，可變氣門正時(shí)就是解決這一矛盾的技術(shù)。 汽車工程學(xué)院 壓縮比提高（燃料蒸發(fā)（在氣缸內(nèi)）能夠降低混合氣溫度，同時(shí)混合氣在缸內(nèi)的停留時(shí)間較短，相比同壓縮比條件下直噴發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震的傾向小，要求燃料辛烷值較低。） 2）瞬態(tài)工況響應(yīng)性有改善； 汽車工程學(xué)院 一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)氣門遲閉角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效

5、率影響較大大。充氣效率在某一轉(zhuǎn)速下達(dá)到最大值，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于此轉(zhuǎn)速時(shí)，氣流慣性增加，一部分本來(lái)可以進(jìn)入氣缸的空氣被關(guān)在氣缸之外。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于此轉(zhuǎn)速時(shí)，氣流慣性減小，壓縮行程 初期可能有一部分空氣被推回進(jìn)氣管，導(dǎo)致充氣效率下降。 汽車工程學(xué)院 采用了可變氣門正時(shí)技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)工作范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，可以提供適當(dāng)?shù)臍忾T開啟及關(guān)閉時(shí)刻，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣性能，較好的滿足高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷和小負(fù)荷是的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等。 汽車工程學(xué)院 可變進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)： 1）提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率 2）提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩 3）改善啟動(dòng)性能 4）提高怠速穩(wěn)定性 5）提高燃油經(jīng)濟(jì)性 汽車工程學(xué)院 在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，

6、我們需要讓更多的新鮮空氣進(jìn)入到燃燒室，讓廢氣能盡可能的排出燃燒室，最好的解決方法就是讓進(jìn)氣門提前打開，推后關(guān)閉，讓排氣門推遲關(guān)閉。 汽車工程學(xué)院 可變配氣相位分類： （1）無(wú)凸輪軸可變配氣相位機(jī)構(gòu) 例如：FEV電磁控制氣門機(jī)構(gòu) 電控液壓配氣機(jī)構(gòu) （2）變換凸輪型線的可變配氣相位機(jī)構(gòu)。 例如：錐形凸輪軸 ，本田VTEC （3）改變凸輪軸與氣門之間連結(jié)的可變配氣 相位機(jī)構(gòu) 汽車工程學(xué)院可變氣門正時(shí)和升程控制系統(tǒng)：本田汽車公司VTEC技術(shù)（變換凸輪型線） 本系統(tǒng)是利用三個(gè)不同型線的凸輪及三個(gè)不同的搖臂組合產(chǎn)生可變配氣效果，實(shí)現(xiàn)在低速，中速以及高速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化。（有兩個(gè)進(jìn)氣門） 低速時(shí)：各個(gè)搖臂

7、獨(dú)立工作，高速凸輪不起作用， 中速時(shí)：主次搖臂連接在一起工作，只有中速凸輪起作用。 高速時(shí):三個(gè)搖臂連接在一起，高速凸輪起作用。 汽車工程學(xué)院 改變凸輪與氣門之間連結(jié)的可變配氣相位機(jī)構(gòu) 電控液壓挺柱式可變配氣相位機(jī)構(gòu)1.凸輪；2.第一挺柱；3.挺柱室；4.儲(chǔ)油室；5.電磁閥；6.氣門基本原理：電磁閥關(guān)閉時(shí)，凸輪推動(dòng)第一挺柱，由于挺柱室里的液壓油不能溢出，油壓推動(dòng)第二挺柱工作。打開電磁閥，就可以改變挺柱室離得液壓油，進(jìn)而改變配氣正時(shí)。 汽車工程學(xué)院1.4發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管長(zhǎng)度可變系統(tǒng) 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道長(zhǎng)度是不變的，只能保證發(fā)動(dòng)機(jī)在某一工況下具有良好的性能，無(wú)法再運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)。進(jìn)氣管長(zhǎng)度對(duì)于發(fā)

8、動(dòng)機(jī)的充氣效率影響較大，采用可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度，可以利用氣體的波動(dòng)效應(yīng)來(lái)增大進(jìn)氣量，增加轉(zhuǎn)矩，提高功率，同時(shí)可降低排放，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化。 汽車工程學(xué)院 進(jìn)氣管長(zhǎng)度可變系統(tǒng)原理： 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門時(shí)開始關(guān)，這使得進(jìn)氣管內(nèi)的氣體流動(dòng)處于波動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)的氣體因急速停止而受到壓縮，進(jìn)氣門附近產(chǎn)生一個(gè)正壓力波，向進(jìn)氣管入口傳播，到進(jìn)氣道入口處返回，這樣導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道里有正負(fù)壓力波交替往返傳播，直到下一個(gè)循環(huán)進(jìn)氣門打開。如果下一循環(huán)開始時(shí)進(jìn)氣正好和壓力波同向，則提高了充氣效率，反之則降低。 汽車工程學(xué)院 為了提高充氣效率進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，希望發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣時(shí)進(jìn)氣正好和壓力波同向。 根據(jù)研究，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，進(jìn)氣管長(zhǎng)度滿足以下條件：2L=at L表示進(jìn)氣管長(zhǎng)度，a當(dāng)?shù)芈曀?，T,進(jìn)氣門相繼兩次開啟所經(jīng)歷的時(shí)間。 由此可見：為了提高低速轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該增大進(jìn)氣管長(zhǎng)度，反之，為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)高速轉(zhuǎn)矩，應(yīng)縮短進(jìn)氣管長(zhǎng)度。 汽車工程學(xué)院 此項(xiàng)新技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)：節(jié)油 發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比越大，其循環(huán)效率越高，經(jīng)濟(jì)性越好，因此在中小負(fù)荷采用較大的壓縮比，可以顯著提高經(jīng)濟(jì)性。而在高負(fù)荷時(shí)，可以適當(dāng)降低壓縮比，避免汽油機(jī)爆震或是柴油機(jī)壓力過高，工作粗暴。 汽車工程學(xué)院 主要應(yīng)用于增壓汽油機(jī)。 在大負(fù)荷時(shí)適當(dāng)降低壓縮比，避免爆燃，；部分負(fù)荷時(shí)適當(dāng)高些，并應(yīng)用渦輪增壓技術(shù)。可提高燃油