汽車新技術(shù)課件：稀薄燃燒技術(shù)

稀薄燃燒技術(shù)稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)為什么要研究稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)降低CO2排放提高熱效率稀燃技術(shù)發(fā)展70年代80年代90年代典型稀薄燃燒技術(shù)均質(zhì)稀混合氣燃燒分層稀混合氣燃燒混合燃燒稀薄燃燒關(guān)鍵技術(shù)提高壓縮比分層燃燒高能點(diǎn)火稀燃系統(tǒng)控制空燃比閉環(huán)噴油時(shí)刻點(diǎn)火正時(shí)稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)例Honda2.0LDOHCI-VTECI發(fā)動(dòng)機(jī)什么叫稀薄燃燒空燃比是指在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣沖程中吸入氣缸的空氣與燃油（汽油）質(zhì)量之比，一般來說汽油空氣比例為14.7:1在帶有三效催化轉(zhuǎn)化器的發(fā)動(dòng)機(jī)中，發(fā)動(dòng)機(jī)必須調(diào)整到理論空燃比14.7∶1。在部分節(jié)氣門開啟時(shí)，一般發(fā)動(dòng)機(jī)以較稀薄的混合氣，即空燃比在15～16∶1范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比A/F＞16，過量空氣系數(shù)α＞1.22稀薄燃燒只是在部分負(fù)荷工況范圍實(shí)行稀薄燃燒，啟動(dòng)、怠速、加速和全負(fù)荷都不能實(shí)行稀薄燃燒。為什么要研究稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)目前世界各國均面臨著溫室效應(yīng)引發(fā)的全球氣候變暖，以及石油資源漸趨枯竭的雙重壓力將過量空氣系數(shù)從λ＝1左右提高到且遠(yuǎn)超過1.1的水平，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗并改善CO2排放稀燃技術(shù)發(fā)展70年代由豐田及本田公司發(fā)明由稀混合氣運(yùn)行，用氧化催化劑凈化排氣的方法，采用了一種帶副燃燒室的發(fā)動(dòng)機(jī)由于從副燃燒室噴出火焰會(huì)造成熱能損失，稀混合氣發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)對(duì)油耗的效果不明顯80年代隨著進(jìn)氣口的改進(jìn)，氣缸內(nèi)旋渦生成技術(shù)的進(jìn)步，由通用、福特、豐田、本田、日產(chǎn)等汽車公司先后搞成的開口式燃燒室可以形成比帶副燃燒室還好的稀薄混合氣燃燒，并且隨著進(jìn)氣口燃料噴射技術(shù)的發(fā)展和稀混合氣傳感器技術(shù)的開發(fā)，精密控制空燃比已成為可能。豐田正式使稀混合氣發(fā)動(dòng)機(jī)（T－LCS）產(chǎn)品化，三菱、本田也相繼將其產(chǎn)品實(shí)行產(chǎn)品化。90年代三菱汽車公司研制出來的缸內(nèi)直噴技術(shù)使稀燃技術(shù)又進(jìn)了一步。各大公司都擁有自己的稀燃技術(shù)，其共同點(diǎn)都是利用缸內(nèi)渦流運(yùn)動(dòng)，使聚集在火花塞附近的混合氣最濃，先被點(diǎn)燃后迅速向外層推進(jìn)燃燒，并有較高的壓縮比。典型稀薄燃燒技術(shù)均質(zhì)稀混合氣燃燒：這種燃燒方式主要是通過提高壓縮比、改進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)以及加強(qiáng)混合氣的紊流等來實(shí)現(xiàn)的。有代表性的幾種均質(zhì)稀混合氣燃燒系統(tǒng)有梅型火球燃燒室、射流燃燒室等。MAN燃燒室射流燃燒室典型稀薄燃燒技術(shù)分層稀混合氣燃燒：主要是通過控制混合氣的濃度分布來實(shí)現(xiàn)的，其在火花塞附近混合氣比較濃，空燃比約為12～13，保證可靠的點(diǎn)火，在其余大部分區(qū)域混合氣較稀，空燃比在20以上。分層充氣系統(tǒng)可分為三種直噴式分層燃燒系統(tǒng)，如Texaco公司的TCCS、Ford公司的PROCO及日本SatoshiKato等人提出的OSKATCCS燃燒系統(tǒng)典型稀薄燃燒技術(shù)分隔式燃燒室分層燃燒系統(tǒng)，如本田公司的CVCC氣缸分為主、副兩個(gè)燃燒室，噴油嘴被布置在副燃燒室內(nèi)，副燃燒室通過數(shù)個(gè)火焰孔與主燃燒室聯(lián)通，主進(jìn)氣門和副燃燒室則是分開的設(shè)計(jì)，在副燃燒室則另設(shè)一個(gè)較小的進(jìn)氣門其輔助作用。在發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣沖程運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主燃室只負(fù)責(zé)進(jìn)氣，副燃室的小型氣門亦處于打開狀態(tài)，單獨(dú)霧化噴入副燃室內(nèi)的汽油；在進(jìn)入壓縮沖程時(shí)，會(huì)有少量汽油自然而言的慢慢進(jìn)入主燃室內(nèi)，此時(shí)主燃室內(nèi)的物體大多是稀薄的空氣；燃燒沖程時(shí)，副燃室先行點(diǎn)火，引燃濃度較大的油氣混合氣，接著再引燃主燃室內(nèi)的稀薄的油氣混合氣。典型稀薄燃燒技術(shù)軸向分層燃燒系統(tǒng)，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(duì)軸向分層充氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。三菱公司則推出了基于這一概念的4氣門滾流分層發(fā)動(dòng)機(jī)。天津大學(xué)提出的在5氣門發(fā)動(dòng)機(jī)上采用進(jìn)氣道二次噴射亦很好地實(shí)現(xiàn)了該方式的稀燃，并取得了較好的效果。典型稀薄燃燒技術(shù)混合燃燒：將發(fā)動(dòng)機(jī)分為高負(fù)荷和低負(fù)荷區(qū)，在低負(fù)荷區(qū)使用分層燃燒，在高負(fù)荷區(qū)仍然利用常規(guī)燃燒。1995年三菱公司研制成功的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)首次實(shí)現(xiàn)了混合燃燒。三菱公司GDI發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷區(qū)的空燃比達(dá)到30～40，高負(fù)荷區(qū)的空燃比為13～14。稀薄燃燒關(guān)鍵技術(shù)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(dòng)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，促使燃燒速度加快分層燃燒如果稀燃技術(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(dòng)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。以上三點(diǎn)只是對(duì)整體汽油發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃技術(shù)而言，具體到某種機(jī)型會(huì)有所偏重。各種汽油發(fā)動(dòng)機(jī)稀燃方式的技術(shù)措施不完全一樣，同一發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的工況下稀燃方式也會(huì)不完全一樣。有些著重缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)及燃油分布的配合，重點(diǎn)在分層燃燒。有些著重加大點(diǎn)火能量、增快火焰?zhèn)鞑ニ俣群涂s短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，重點(diǎn)在高能點(diǎn)火。稀燃系統(tǒng)控制進(jìn)氣渦流比的控制切向進(jìn)氣道與中性進(jìn)氣道渦流控制閥（控制渦流比）噴油正時(shí)的控制在穩(wěn)定燃燒的稀薄極限前提下，應(yīng)適當(dāng)增加噴油正時(shí)點(diǎn)火正時(shí)的控制混合氣變稀，增加點(diǎn)火正時(shí)空氣擾流增加，減小點(diǎn)火正時(shí)λ閉環(huán)控制λ為0.8-2.5稀燃極限控制(壓力波動(dòng)值)稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)例Honda2.0LDOHCI-VTECI發(fā)動(dòng)機(jī)是Honda第一款實(shí)現(xiàn)了65：1超稀薄燃燒的直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)；OHCi-VTEC融合了Honda獨(dú)創(chuàng)的直噴技術(shù)新一代環(huán)保、運(yùn)動(dòng)型發(fā)動(dòng)機(jī)2003年，通過融合動(dòng)力性能優(yōu)異的DOHCi-VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)所獨(dú)有的中心噴射系統(tǒng)，Honda開發(fā)出了首個(gè)汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)“2.0LDOHCi-VTECI發(fā)動(dòng)機(jī)”，實(shí)現(xiàn)了低油耗、清潔尾氣排放，以及高功率性能的高度結(jié)合，新一代清潔運(yùn)動(dòng)型發(fā)動(dòng)機(jī)面世。

稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)例新開發(fā)的氣缸內(nèi)直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)“DOHCi-VTECI”，采用了VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)的高度智能化版本，可停止氣門動(dòng)作，并通過VTC對(duì)氣門進(jìn)行最佳控制的“i-VTEC”系統(tǒng)，另外還采用了Honda獨(dú)創(chuàng)的中心噴射式的氣缸內(nèi)直噴系統(tǒng)，更融合了活塞上具有獨(dú)特凹槽的模槽活塞等新技術(shù)。通過這些技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了空燃比（空氣/燃料的重量比率）65：1的超稀薄燃燒，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以往包括EGR（廢氣再循環(huán)）直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的40:1的空燃比，在實(shí)現(xiàn)動(dòng)感行駛的同時(shí)達(dá)到了低油耗。

同時(shí)這款超稀薄燃燒直噴發(fā)動(dòng)機(jī)通過高精度EGR氣門的燃燒控制系統(tǒng)，及新開發(fā)的高性能觸媒的應(yīng)用，達(dá)到了“比2010年尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)降低50%”的排放水平。稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)例從直觀上看，該系統(tǒng)與以往的汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別就在于，以往的發(fā)動(dòng)機(jī)是從氣缸斜上方噴射，該系統(tǒng)是在氣缸中央安裝一個(gè)噴射器，垂直向活塞噴射燃料。為了預(yù)防燃料粘在氣缸側(cè)壁，同時(shí)不改變活塞位置，使燃料能經(jīng)常朝著活塞上面的凹槽噴射，將噴射時(shí)間設(shè)定為自由噴射，實(shí)現(xiàn)了最佳