第三章缸內(nèi)直接噴射技術(shù)課件

1傳統(tǒng)的汽油機(jī)(包括化油器式和大部分進(jìn)氣道噴射汽油機(jī))，一般在空燃比A/F=12.6～17范圍內(nèi)工作，其混合氣是均質(zhì)的。所謂稀薄燃燒汽油機(jī)是一個(gè)范圍很廣的概念，只要A/F〉17，就可以稱為稀薄燃燒汽油機(jī)。首頁(yè)返回章返回節(jié)1傳統(tǒng)的汽油機(jī)(包括化油器式和大部分進(jìn)氣道噴射汽油機(jī))，一般2稀燃汽油機(jī)分為兩類，一類是非直噴式汽油機(jī)，包括化油器式和進(jìn)氣管噴射式汽油機(jī)，即使采取一些特殊技術(shù)措施，一般只能在A/F<25的范圍內(nèi)工作。而另一類是缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)，可在A/F=25~50范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。首頁(yè)返回章返回節(jié)2稀燃汽油機(jī)分為兩類，一類是非直噴式汽油機(jī)，包括化油器式和進(jìn)3一、缸內(nèi)直接噴射技術(shù)缸內(nèi)直接噴射技術(shù)是指將噴油器植入氣缸內(nèi),利用發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算分析精確控制噴射量,通過(guò)高壓將汽油噴入燃燒室,使缸內(nèi)燃油與空氣接近理想的混合狀態(tài),并由火花塞點(diǎn)燃實(shí)現(xiàn)充分燃燒,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)將有害氣體排放降到最低水平。3一、缸內(nèi)直接噴射技術(shù)41.采用缸內(nèi)直接噴射技術(shù)的優(yōu)勢(shì)(1)節(jié)省燃油現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的趨勢(shì)之一就是節(jié)約燃料,而缸內(nèi)直噴技術(shù)可以大大提升燃油的霧化程度及其與空氣混合的效率。采用缸內(nèi)直噴技術(shù)的車型燃油消耗水平可下降20%以上。(2)減少?gòu)U氣排放缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓燃油泵能提供高達(dá)12MPa的壓力,確保燃料充分燃燒,最大程度地減少?gòu)U氣中的有害污染物,保護(hù)環(huán)境。41.采用缸內(nèi)直接噴射技術(shù)的優(yōu)勢(shì)5(3)提升動(dòng)力性能由于燃料的混合更充分,燃燒更徹底,使燃料轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的效率提升,直接推動(dòng)了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的提高,同排量下,最大功率可提高15%。(4)減少發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)由于缸內(nèi)直噴技術(shù)燃燒稀混合氣,缸內(nèi)爆燃情況大大減少,高壓縮比對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)低速下的振動(dòng)也有明顯的效果。5(3)提升動(dòng)力性能6(5)噴油量的準(zhǔn)確度提升缸內(nèi)直噴技術(shù)的關(guān)鍵就是電控系統(tǒng)的精確控制。由于電控系統(tǒng)會(huì)感知發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的實(shí)際工作情況,并在瞬間完成對(duì)噴油量、噴油時(shí)間和壓力的微調(diào),保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于精確的噴油狀態(tài)。(6)發(fā)動(dòng)機(jī)更耐用新技術(shù)不但提升效率,減少排放,更對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的延長(zhǎng)起到積極的作用。燃油被直接噴射于氣缸內(nèi)并迅速轉(zhuǎn)化為能量,大大降低了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油依附于進(jìn)氣歧管而帶來(lái)的積炭等損害。6(5)噴油量的準(zhǔn)確度提升72.缸內(nèi)直接噴射與傳統(tǒng)燃油噴射汽油機(jī)的區(qū)別傳統(tǒng)的燃油噴射汽油發(fā)動(dòng)機(jī)將汽油噴入進(jìn)氣歧管。霧化的汽油在進(jìn)氣歧管內(nèi)開(kāi)始與空氣混合,然后再進(jìn)入到氣缸中燃燒。72.缸內(nèi)直接噴射與傳統(tǒng)燃油噴射汽油機(jī)的區(qū)別8缸內(nèi)直接噴射汽油發(fā)動(dòng)機(jī)采用類似于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的供油技術(shù),通過(guò)一個(gè)高壓燃油泵提供10MPa以上的壓力,將汽油提供給位于氣缸內(nèi)的噴油器。然后通過(guò)電控單元控制噴油器將燃料在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間直接噴入燃燒室,燃燒室內(nèi)較強(qiáng)的渦流使空氣和汽油充分混合，使火花塞周圍區(qū)域能有較濃的混合氣,周邊區(qū)域有較稀的混合氣,保證了順利點(diǎn)火并能實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒。8缸內(nèi)直接噴射汽油發(fā)動(dòng)機(jī)采用類似于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的供油技術(shù),通過(guò)93.缸內(nèi)直接噴射技術(shù)的問(wèn)題缸內(nèi)直接噴射技術(shù)存在的一個(gè)主要問(wèn)題是廢氣后續(xù)處理。在分層充氣模式和均質(zhì)稀薄充氣模式中,傳統(tǒng)的閉環(huán)三元催化轉(zhuǎn)化器不能快速地將燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氮氧化物轉(zhuǎn)換成氮?dú)?。開(kāi)發(fā)了氮氧化物存儲(chǔ)式催化轉(zhuǎn)化器后,才使得排放廢氣符合歐Ⅳ廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。在該系統(tǒng)中,氮氧化物被暫時(shí)地儲(chǔ)存在轉(zhuǎn)換器中,然后系統(tǒng)性地轉(zhuǎn)換成氮?dú)?。另一個(gè)問(wèn)題是汽油中的硫成分。由于硫酸的化學(xué)特性與氮氧化物的類似,所以硫也同樣會(huì)被儲(chǔ)存在氮氧化物存儲(chǔ)式催化轉(zhuǎn)化器內(nèi),并且占用了應(yīng)當(dāng)存儲(chǔ)氮氧化物的空間。汽油中硫的含量越高,存儲(chǔ)式催化轉(zhuǎn)化器的再生就越頻繁,因此就要消耗額外的汽油。93.缸內(nèi)直接噴射技術(shù)的問(wèn)題10二、缸內(nèi)直接噴射技術(shù)的發(fā)展1.燃油供給系統(tǒng)缸內(nèi)直接噴射汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng),采用了精度高、響應(yīng)快的柔性電控手段。2.噴射系統(tǒng)采用內(nèi)開(kāi)式旋流噴油器，可通過(guò)渦流比的選擇實(shí)現(xiàn)較好的噴霧形態(tài)和合適的貫穿度，且噴束方向便于調(diào)整。10二、缸內(nèi)直接噴射技術(shù)的發(fā)展113.噴射模式分為單階段噴射模式和多階段噴射模式。單階段噴射模式是指在中小負(fù)荷時(shí)，燃油在壓縮行程后期噴入，實(shí)現(xiàn)混合氣分層稀燃。在大負(fù)荷和全負(fù)荷時(shí)，燃油在進(jìn)氣行程中噴入氣缸，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)燃燒。多階段噴射模式是指在進(jìn)氣行程中先噴入所需燃料的1∕4，形成極稀的均質(zhì)混合氣，其余燃料在壓縮行程后期再次噴入，形成分層混合氣?？蓪?shí)現(xiàn)中小負(fù)荷到大負(fù)荷的平穩(wěn)過(guò)渡，降低缸內(nèi)的溫度，抑制爆燃的產(chǎn)生。113.噴射模式124.燃燒系統(tǒng)按照噴油器和火花塞的相對(duì)位置和混合氣的組織形式有三種類型。（1）壁面引導(dǎo)法噴油器和火花塞相隔較遠(yuǎn)，噴油器把燃油噴入活塞凹坑中，依靠進(jìn)氣氣流的慣性將油氣混合并送往火花塞。噴油器一般安裝在進(jìn)氣門(mén)側(cè)，活塞凹坑開(kāi)口對(duì)向進(jìn)氣門(mén)側(cè)，油氣混合后直接流向火花塞?；旌蠚庑纬蓵r(shí)間較長(zhǎng)，易于形成較大區(qū)域的可燃混合氣。124.燃燒系統(tǒng)13（2）氣流引導(dǎo)法特殊形狀的進(jìn)氣道與噴油器呈一定的夾角，給混合氣一定的回旋力，利用活塞表面的特殊形狀形成缸內(nèi)氣流，使油氣不直接噴向火花塞，而是在氣缸內(nèi)形成渦流圍繞火花塞旋轉(zhuǎn)。（3）噴束引導(dǎo)法噴油器在燃燒室中央，火花塞在噴油器附近，依靠油束的貫穿深度來(lái)保證空氣的利用率。13（2）氣流引導(dǎo)法145.缸內(nèi)空氣流動(dòng)渦流旋轉(zhuǎn)軸線平行于氣缸中心線。滾流旋轉(zhuǎn)軸線垂直于氣缸中心線。擠流形成于壓縮行程上止點(diǎn)時(shí)與缸蓋間隙處的徑向氣體運(yùn)動(dòng)。145.缸內(nèi)空氣流動(dòng)15三、缸內(nèi)直接噴射技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用1.三菱缸內(nèi)汽油直接噴射GDI三菱1.8L頂置雙凸輪軸16氣門(mén)4G93型GDI(GasolineDirect-Injection)發(fā)動(dòng)機(jī)自1996年首次推出之后得到了廣泛的應(yīng)用,迄今為止三菱汽車公司共生產(chǎn)了一百多萬(wàn)臺(tái)GDI發(fā)動(dòng)機(jī)。GDI發(fā)動(dòng)機(jī)采用壁面引導(dǎo)燃燒方法和兩次噴射,采用了立式吸氣口、彎曲頂面活塞、高壓旋轉(zhuǎn)噴油器等三種技術(shù)手段。15三、缸內(nèi)直接噴射技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用16(1)立式吸氣口立式吸氣口代替了傳統(tǒng)的橫向吸氣口,通過(guò)來(lái)自上方的強(qiáng)大下降氣流,形成與以往發(fā)動(dòng)機(jī)相反的缸內(nèi)空氣流動(dòng)——縱向渦流轉(zhuǎn)流。(2)彎曲頂面活塞GDI發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的頂部一半是球形,另一半是壁面?；钊斆娴耐蛊鸩糠窒裎蓓?又稱“彎曲頂面活塞”,它縮小了燃燒室的容積,有助于形成強(qiáng)勢(shì)渦流?？s小燃燒室容積必然提高了壓縮比,因此GDI的壓縮比可達(dá)到12。壓縮比提高了,缸內(nèi)溫度必然也隨之提高,有助于稀燃。壓縮比高,輸出功率增大,這樣也就彌補(bǔ)了稀燃帶來(lái)的功率損失。(3)高壓旋轉(zhuǎn)噴油器通過(guò)高壓旋轉(zhuǎn)噴油器噴射出霧狀汽油,在壓縮行程后期的點(diǎn)火前夕,被氣體的縱渦流融合成球狀霧化體,形成一種以火花塞為中心,由濃到稀的層狀混合氣狀態(tài)。16(1)立式吸氣口17GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油過(guò)程共分兩個(gè)階段1)輔噴油階段:在進(jìn)氣行程時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行一次噴油,是輔噴油。噴油的數(shù)量不大,噴油的主要目的也不是為了點(diǎn)火燃燒。這部分少量的汽油汽化揮發(fā),吸收熱量,能降低氣缸內(nèi)的溫度。使氣缸內(nèi)可以容納的氣體密度增大。所以這次噴油的結(jié)果是給氣缸降溫的同時(shí),還可以提高進(jìn)氣密度,讓更多的空氣進(jìn)入到氣缸,而且能確保汽油跟空氣均勻的混合。17GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油過(guò)程共分兩個(gè)階段182)噴油階段:當(dāng)活塞即將達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程的上止點(diǎn)時(shí),在火花塞點(diǎn)火之前,一定量的汽油再次被噴出,這次噴射被稱為主噴油。此時(shí),活塞的凹面會(huì)使混合氣在火花塞周圍形成一個(gè)濃度較高的區(qū)域,這種相對(duì)較濃的混合氣能被火花塞順利點(diǎn)燃,而周圍混合氣較稀的區(qū)域是無(wú)法被火花塞的火焰直接點(diǎn)燃的,它只能在中心區(qū)域成功燃燒以后,利用燃燒產(chǎn)生的能量同時(shí)點(diǎn)燃。182)噴油階段:當(dāng)活塞即將達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程的上止點(diǎn)時(shí),在19由于采用了上述設(shè)計(jì),GDI發(fā)動(dòng)機(jī)能在40:1的超稀空燃比情況下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在這種稀薄燃燒的情況下,燃料可以更加充分地燃燒,榨取每一滴燃油的所能產(chǎn)生的動(dòng)能。與此同時(shí),由于燃燒充分,可以大幅度減少未燃燒的氣體從發(fā)動(dòng)機(jī)里排出,從而獲得更低的排放。GDI的分兩段噴油除了實(shí)現(xiàn)上述功能外,還能有效減小爆燃的產(chǎn)生,從而可以采用更高的壓縮比,獲得更強(qiáng)勁的動(dòng)力輸出。19由于采用了上述設(shè)計(jì),GDI發(fā)動(dòng)機(jī)能在40:1的超稀空燃比20雖然GDI發(fā)動(dòng)機(jī)可以降低整體的廢氣排放污染,但是它的氮氧化物的排放非常高。為此,需要采用有效的有針對(duì)性的三元催化裝置才能保證尾氣的排放達(dá)到環(huán)保部門(mén)的要求。但是在國(guó)內(nèi),油品中的含硫量非常高,汽油燃燒后很容易產(chǎn)生硫化物而使催化器中毒,從而導(dǎo)致催化反應(yīng)失效,使氮氧化物無(wú)法得到還原處理。這也就是為何到目前為止,國(guó)內(nèi)沒(méi)有一款匹配三菱GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的車銷售的原因了。20雖然GDI發(fā)動(dòng)機(jī)可以降低整體的廢氣排放污染,但是它的氮氧212.奔馳缸內(nèi)直接噴射CGI奔馳CLS350CGI(stratified-ChargedGasolineInjection)轎車搭載的M272DEV6缸內(nèi)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī),是由奔馳公司和博世公司合作開(kāi)發(fā)的世界上第一臺(tái)采用壓電式噴油器的缸內(nèi)直噴汽油機(jī),其特點(diǎn)是采用噴束引導(dǎo)燃燒方法和三次噴射模式。212.奔馳缸內(nèi)直接噴射CGI22(1)燃油供給與噴射系統(tǒng)CGI發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的高壓壓電噴油器,采用幾微米寬錐狀環(huán)形噴孔,塑造一個(gè)穩(wěn)定的、非常理想的從濃到稀的噴霧效果。在噴射時(shí),還可以吸收周邊紊亂的空氣顆粒,進(jìn)入燃油噴射的層與層之間,形成一個(gè)理想的點(diǎn)火前狀態(tài)。CGI發(fā)動(dòng)機(jī)還包括高壓燃油泵以及后面的燃油導(dǎo)軌以及其中的燃油壓力調(diào)節(jié)閥,它們?yōu)橄到y(tǒng)提供穩(wěn)定的燃油。在燃油導(dǎo)軌中,峰值燃油壓力可以達(dá)到20MPa,約是普通電噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的70倍,比一些其他缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)也高得多,這樣做的目的就是為了分層噴射時(shí)有理想的噴霧效果,在高轉(zhuǎn)速下有足夠量的汽油供給。而且由于在噴射瞬間,導(dǎo)軌內(nèi)的壓力不可避免會(huì)出現(xiàn)瞬間下降,高壓也會(huì)讓這種瞬間壓力變化減小,噴射也就更加精確無(wú)誤。22(1)燃油供給與噴射系統(tǒng)23(2)壓電直噴技術(shù)目前的缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)都存在分段控制模式——低轉(zhuǎn)速時(shí)使用分段多次噴射燃燒,高轉(zhuǎn)速下不使用。主要原因是目前的噴油器都是螺旋線圈電磁控制式的,在高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下,噴油時(shí)間要求極短,噴油器響應(yīng)速度并不適合太高轉(zhuǎn)速。因此,奔馳開(kāi)發(fā)了壓電觸發(fā)的噴油器。利用活塞在壓縮行程的壓力,通過(guò)壓力變形下的微弱電信號(hào),經(jīng)過(guò)放大電路放大后控制閥門(mén)開(kāi)閉。壓電噴油器百萬(wàn)分之一秒的反應(yīng)時(shí)間,使噴油器基本的多點(diǎn)分層噴射成為可能,在每次壓縮的短時(shí)間內(nèi),再分為多次噴射,特別是高轉(zhuǎn)速下,也同樣有分段噴射,從而得到更理想的稀薄燃燒,這對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率是至關(guān)重要的。23(2)壓電直噴技術(shù)24(3)排放問(wèn)題盡管奔馳CGI發(fā)動(dòng)機(jī)在很多方面都有突破,但和其他缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)一樣,也面臨一個(gè)頭痛的問(wèn)題,那就是因高壓縮比帶來(lái)的高溫副作用,產(chǎn)生了過(guò)多的氮氧化物的排放。奔馳使用了專門(mén)的氮氧化物凈化器以及傳感器,效果雖然更好,但價(jià)格卻比三元催化轉(zhuǎn)化器要貴得多。24(3)排放問(wèn)題253.寶馬高精準(zhǔn)缸內(nèi)直接噴射HPI目前,寶馬的直四、直六、Ⅴ8和V12發(fā)動(dòng)機(jī)上均配有高精準(zhǔn)缸內(nèi)直接噴射HPI(HighPrecisionInjection),同樣采用了噴束引導(dǎo)燃燒方法和二次噴射。HPI發(fā)動(dòng)機(jī)能做到每分鐘2000次獨(dú)立燃油噴射,每次噴射的油量可低至2mg,通過(guò)閥門(mén)之間的中央部位的壓電式噴油器使噴油得到異常精確的控制。253.寶馬高精準(zhǔn)缸內(nèi)直接噴射HPI26壓電式噴油器設(shè)置在氣門(mén)的中心位置并安裝在靠近火花塞附近的區(qū)域。HPI發(fā)動(dòng)機(jī)使用的噴油器向外開(kāi)啟。HPI發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)λ在0.9~2.5的范圍內(nèi),燃油消耗少,污染物排放水平低。26壓電式噴油器設(shè)置在氣門(mén)的中心位置并安裝在靠近火花塞附近的27第二節(jié)奧迪A6LFSI缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)一、奧迪FSI缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)二、奧迪A6L2.0LTFSI缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理27第二節(jié)奧迪A6LFSI缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)一、奧迪FS28一、奧迪FSI缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)FSI(FuelstratifiedInjection)指燃油分層噴射,是直噴式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的一項(xiàng)革命性技術(shù)。2002年,大眾在LupoFSI和GolfFSI發(fā)動(dòng)機(jī)上首次使用了帶BoschMotronicMED7發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的汽油直接噴射系統(tǒng)。GolfFSI1.6L發(fā)動(dòng)機(jī)采用氣流引導(dǎo)和壁面引導(dǎo)結(jié)合的燃燒方法,可使燃油與空氣達(dá)到理想的混合效果。2004年,奧迪在FSI發(fā)動(dòng)機(jī)中融入渦輪增壓技術(shù)形成TFSI發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。采用氣流引導(dǎo)的燃燒方法,大大降低了燃油消耗和有害氣體的排放。理論上,奧迪FSI發(fā)動(dòng)機(jī)有三種操作模式:分層充氣模式、均質(zhì)稀薄充氣模式和均質(zhì)充氣模式。ECU根據(jù)轉(zhuǎn)矩、功率、廢氣和安全要求選擇相應(yīng)的操作模式。28一、奧迪FSI缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)291.分層充氣模式從起動(dòng)到中間負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的區(qū)域,發(fā)動(dòng)機(jī)一直運(yùn)行在分層充氣模式中。在此模式中,發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩僅由噴入的燃油量確定,空氣質(zhì)量和點(diǎn)火提前角產(chǎn)生的影響很小。進(jìn)入分層充氣模式的前提條件是:①發(fā)動(dòng)機(jī)在相應(yīng)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速區(qū)域中;②系統(tǒng)中沒(méi)有與廢氣排放相關(guān)的故障;③冷卻液溫度高于50℃;④氮氧化物傳感器準(zhǔn)備就緒;⑤氮氧化物存儲(chǔ)式催化轉(zhuǎn)化器的溫度在250-500℃。291.分層充氣模式30(1)進(jìn)氣在分層充氣模式中為了盡可能地降低節(jié)氣門(mén)的節(jié)流損失,節(jié)氣門(mén)將盡可能地開(kāi)大。進(jìn)氣歧管中安置一翻板,分層進(jìn)氣過(guò)程中翻板向上封住下進(jìn)氣歧管,讓進(jìn)氣加速通過(guò),與ω形活塞頂配合,形成進(jìn)氣渦旋。30(1)進(jìn)氣31(2)噴油分層充氣模式的噴油過(guò)程發(fā)生在壓縮行程的后l/3,開(kāi)始于約上止點(diǎn)前60°,結(jié)束于約上止點(diǎn)前45。燃油被噴射在活塞頂?shù)陌伎觾?nèi),噴油器噴嘴的幾何形狀使得空氣與燃油的混合物能根據(jù)需要進(jìn)行分配。燃油通過(guò)燃油凹腔和向上的活塞運(yùn)動(dòng)被引導(dǎo)至火花塞。這一過(guò)程得到可轉(zhuǎn)向空氣流的幫助,它也將燃油引導(dǎo)至火花塞。燃油在被引導(dǎo)至火花塞的過(guò)程中與吸入的空氣混合。31(2)噴油32(3)混合混合氣形成只能發(fā)生在曲軸轉(zhuǎn)角40°-50°。此時(shí),在燃燒室中心的火花塞的周圍形成一層混合氣氣霧，這些混合氣氣霧被一層由新鮮空氣和再循環(huán)廢氣完美組合的外層包圍。整個(gè)燃燒室內(nèi)的λ一般在1.6-3之間。如果噴油和點(diǎn)火之間的時(shí)間間隔太短,則由于混合物還沒(méi)有足夠的準(zhǔn)備時(shí)間,所以不能被點(diǎn)燃。如果時(shí)間間隔太長(zhǎng),則會(huì)導(dǎo)致在整個(gè)燃燒室內(nèi)的進(jìn)一步均質(zhì)化。32(3)混合33(4)燃燒空氣與燃油的混合物在火花塞周圍區(qū)域準(zhǔn)確定位后,點(diǎn)火周期就開(kāi)始了。此時(shí),僅霧化的混合物被點(diǎn)燃,因?yàn)橛衅渌麣怏w起著隔離層的作用,這樣就減小了氣缸壁的熱損耗并且提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。由于空氣過(guò)量程度較高,NOx的排放非常高。33(4)燃燒342.均質(zhì)稀薄充氣模式在分層充氣模式和均質(zhì)充氣模式之間的過(guò)渡區(qū)域中,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在均質(zhì)稀薄充氣模式中。(1)進(jìn)氣節(jié)氣門(mén)將盡可能地開(kāi)大并且進(jìn)氣歧管翻板被關(guān)閉。這樣,首先會(huì)降低節(jié)氣門(mén)上的節(jié)流損失,其次會(huì)在氣缸中產(chǎn)生強(qiáng)烈的空氣流。342.均質(zhì)稀薄充氣模式35(2)噴油燃油在上止點(diǎn)前約300°時(shí)被直接噴入氣缸。ECU對(duì)噴油量進(jìn)行調(diào)節(jié)使得過(guò)量空氣系數(shù)λ約為1.55。35(2)噴油36(3)混合由于噴油點(diǎn)提前,給混合氣的形成留出了更多的時(shí)間,從而導(dǎo)致燃燒室中形成均質(zhì)混合氣。36(3)混合37(4)燃燒點(diǎn)火時(shí),燃燒發(fā)生在整個(gè)燃燒室內(nèi)，均質(zhì)稀燃的點(diǎn)火時(shí)間選擇范圍寬泛,有很好的燃油經(jīng)濟(jì)性。37(4)燃燒383.均質(zhì)充氣模式均質(zhì)充氣模式能充分發(fā)揮動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、轉(zhuǎn)矩和功率高的特點(diǎn)。在更高負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的區(qū)域中,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在均質(zhì)充氣模式中。(1)進(jìn)氣均質(zhì)充氣模式的進(jìn)氣過(guò)程中,節(jié)氣門(mén)位置由加速踏板決定,進(jìn)氣歧管中的翻板位置視不同情況而定。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于中等負(fù)荷和轉(zhuǎn)速時(shí),進(jìn)氣歧管翻板關(guān)閉,進(jìn)氣被導(dǎo)入氣缸中,從而促進(jìn)了混合氣的形成。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的增加,僅僅依靠上部管道吸入的空氣會(huì)使得空氣量不能滿足需要。這時(shí),進(jìn)氣歧管翻板的下部管道被打開(kāi)。(2)噴油燃油在上止點(diǎn)前約300°時(shí)被直接噴入氣缸。383.均質(zhì)充氣模式39(3)混合由于在進(jìn)氣行程中噴入燃油,對(duì)混合物的形成而言就有了更多的時(shí)間。這樣,就在氣缸中形成了均質(zhì)混合氣。此時(shí)燃燒室中的過(guò)量空氣系數(shù)λ=1。(4)燃燒在均質(zhì)充氣模式中,點(diǎn)火時(shí)刻是影響發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、燃油消耗和排放行為的主要因素。39(3)混合40二、奧迪A6L2.0TFSI缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.進(jìn)氣系統(tǒng)1)ECU控制進(jìn)氣歧管翻板電動(dòng)機(jī)V157工作,電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)連接桿來(lái)調(diào)節(jié)同軸的四個(gè)進(jìn)氣歧管翻板。40二、奧迪A6L2.0TFSI缸內(nèi)直噴系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作41分層的目的:改善冷機(jī)時(shí)的怠速;改善充氣效果,提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能;在超速切斷時(shí)防止發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)。而在其他的轉(zhuǎn)速范圍時(shí)，吸入的空氣通過(guò)打開(kāi)進(jìn)氣歧管翻板被引入到燃燒室內(nèi)——這種空氣進(jìn)氣方式可實(shí)現(xiàn)均質(zhì)充氣模式,減小進(jìn)氣阻力,使功率得到提高。在功率較低且轉(zhuǎn)速在1000-5000r/min時(shí),吸入的空氣通過(guò)關(guān)閉的進(jìn)氣歧管翻板被引入到燃燒室內(nèi)——這種空氣進(jìn)氣方式用于分層充氣模式。41分層的目的:在功率較低且轉(zhuǎn)速在1000-5000r/mi422.燃油系統(tǒng)(1)電動(dòng)燃油泵電動(dòng)燃油泵安裝在燃油箱中,集成了油位傳感器。(2)燃油泵控制單元燃油泵控制單元安裝在電動(dòng)燃油泵上面,其功能是通過(guò)PWM(脈寬調(diào)制)信號(hào)來(lái)控制電動(dòng)燃油泵,使低壓燃油系統(tǒng)的燃油壓力達(dá)到0.05~0.5MPa;在冷起動(dòng)時(shí)使低壓燃油系統(tǒng)的壓力達(dá)到0.65MPa。燃油泵控制單元失效將造成PWM信號(hào)無(wú)法到達(dá)電動(dòng)燃油泵,發(fā)動(dòng)機(jī)將因供油問(wèn)題不能運(yùn)轉(zhuǎn)。422.燃油系統(tǒng)43(3)高壓燃油泵高壓燃油泵由凸輪軸以機(jī)械方式來(lái)驅(qū)動(dòng)。壓力緩沖器會(huì)吸收高壓系統(tǒng)內(nèi)的壓力波動(dòng)。43(3)高壓燃油泵44(4)燃油壓力調(diào)節(jié)閥N276燃油壓力調(diào)節(jié)閥N276調(diào)節(jié)燃油系統(tǒng)中高壓部分的燃油壓力。出于安全原因,燃油壓力調(diào)節(jié)閥是一個(gè)在不通電時(shí)打開(kāi)的電磁閥。44(4)燃油壓力調(diào)節(jié)閥N27645(5)高壓燃油壓力傳感器G427高壓燃油壓力傳感器的核心是一個(gè)鋼膜,在鋼膜上鍍有應(yīng)變電阻,要測(cè)的壓力經(jīng)壓力接口作用到鋼膜的一側(cè)時(shí),由于鋼膜彎曲變形,就引起應(yīng)變電阻的阻值發(fā)生變化。ECU給傳感器供電,供電電壓為5V。當(dāng)壓力升高時(shí)電阻降低,于是信號(hào)電壓升高。45(5)高壓燃油壓力傳感器G42746(6)低壓燃油壓力傳感器G410低壓燃油系統(tǒng)內(nèi)的燃油壓力由低壓燃油壓力傳感器來(lái)監(jiān)控并將壓力信號(hào)發(fā)送給ECU。如果監(jiān)控的壓力偏離規(guī)定值,ECU將發(fā)送一個(gè)適當(dāng)?shù)腜WM信號(hào)(頻率20Hz)給燃油泵控制單元,燃油泵控制單元發(fā)送一個(gè)PWM信號(hào)給電動(dòng)燃油泵,使低壓燃油系統(tǒng)內(nèi)的燃油壓力返回到規(guī)定值。46(6)低壓燃油壓力傳感器G41047(7)高壓噴油閥N33-N33高壓噴油閥是一個(gè)單孔噴嘴。它將燃油直接噴入燃燒室,并且可以在短時(shí)間內(nèi)噴射出大量的燃油。47(7)高壓噴油閥N33-N3348ECU內(nèi)集成有兩個(gè)升壓電容器,這兩個(gè)電容器產(chǎn)生50-90v的起動(dòng)電壓。這個(gè)電壓用于保證較短的噴油時(shí)間(與進(jìn)氣歧管噴射相比)。失效模式:當(dāng)一個(gè)失效的高壓噴油閥被失火檢測(cè)電路檢測(cè)到時(shí),該噴油閥停用。48ECU內(nèi)集成有兩個(gè)升壓電容器,這兩個(gè)電容器產(chǎn)生50-9049(8)驅(qū)動(dòng)方式1)冷起動(dòng)時(shí)二次噴射二次噴射是一種特殊的工作模式,是為了在冷起動(dòng)時(shí)迅速加熱催化轉(zhuǎn)化器。在進(jìn)氣行程中,在距點(diǎn)火上止點(diǎn)約300°時(shí)噴入部分燃油,這部分燃油由于時(shí)間較長(zhǎng)可均勻混合。在壓縮行程中,在距點(diǎn)火上止點(diǎn)約60°時(shí)進(jìn)行第二次噴射。此時(shí)在火花塞附近形成了較濃的混合氣,可使點(diǎn)火較晚,且可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。二次噴射也能達(dá)到最佳空燃比14.7：