缸内直喷发动机优选教案汇总.doc

缸内直喷发动机教案 一、传统汽油机燃烧系统的缺陷： 1、汽油机功率采用进气管节流的变量调节，无法达到变质调节的精确性。 2、喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油与空气的混合情况受进气气流的影响较大，并且微小的汽油颗粒会吸附在管壁上而不能充分利用。 3、空燃比必须在着火界限内，热效率低，若稀混合气工作则热效率可提高，空燃比采用 20 与 27 较 14.7 时热效率相应提高 8%与 12%。 3、排气污染严重（ HC,CO,NOX ），一般汽油机的混合比范围正是排放较高的范围，空燃比达到 23 以上就可以实现低排放。 二、稀薄燃烧： 这就是稀薄燃烧是指将过量空气系数从 λ＝ 1左右提高到且远超过 1.1 的水平，空然比可达 25： 1，甚至可达到 40： 1（如三菱 GDI）可以降低发动机油耗并改善CO2排放。（过稀的混合气会给燃烧带来麻烦， 主要的问题有点燃困难、 燃烧不稳定、催化转化器的 NOx转化效率下降等问题。） 稀薄燃烧只是在部分负荷工况范围实行稀薄燃烧， 启动、怠速、加速和全负荷都不能实行稀薄燃烧。 三、实现稀薄燃烧的两个条件 1、稀薄燃烧技术需要很强的点火能量。可采用提高压缩比或采用多极火花塞或双火花塞结构 2、稀薄燃烧技术需要空气能跟汽油充分混合。如采用垂直进气道等结构 三、稀薄燃烧系统的形式 1、均质稀混合气燃烧： 这种燃烧方式主要是通过提高压缩比、 改进点火系统以及加强混合气的紊流等来实现的。有代表性的几种均质稀混合气燃烧系统有梅型火球燃烧室、 射流燃烧室等。 MAN 燃烧系统 射流燃烧室 2、分层稀混合气燃烧： 这种燃烧方式主要是通过控制混合气的浓度分布来实现的，其在火花塞附近混合气比较浓，空燃比约 为 12～13，保证可靠的点火，在其余大部分区域混合气较稀，空燃比在 20以上。分层充气燃烧系统主要有三种： 1） 直喷式分层燃烧系统： 如Texaco公司的 TCCS、 Ford公司的 PROCO及日本 Satoshi Kato 等人提出的 OSKA ）分隔式燃烧室分层燃烧系统：如本田公司的 CVCC ）轴向分层燃烧系统： 如美国 M. R. Showalter 首先提出充量轴向分层的概念，随后 A. A. Quader 等人对轴向分层充气发动机进行了进一步的研究。 三菱公司则推出了基于这一概念 4气门滚流分层发动机。 天津大学提出的在 5气门发动机上采用进气道二次喷射亦很好地实现了该方式的稀燃，并取得了较好的效果。 TCCS 燃烧系统 本田 CVCC燃烧系统 3、混合燃烧： 混合燃烧方式是将发动机分为高负荷和低负荷区，在低负荷区使用分层燃烧， 在高负荷区仍然利用常规燃烧。 1995年三菱公司研制成功的 GDI发动机首次实现 了混合燃烧。三菱公司 GDI发动机在低负荷区的空燃比达到 30～40，高负荷区的 空燃比为 13～14。 三菱的 GDI燃烧系统 丰田的 GDI燃烧系统 GDI燃烧系统 一、混合气生成的形式： 1、油束控制： 锥型油束直接将燃油送往火花塞， 在油束控制的燃烧系统中， 喷油器安置在气缸中央，火花塞必须布置在喷油器附近， 油束的空气利用率依靠油束的穿透深度保证。油束和火花塞相距太近， 可供混合气生成利用的时间太短， 液态燃料会润湿火花塞，缩短火花塞寿命。该系统未能投入批量生产。 油束控制 壁面控制 2、壁面控制燃烧系统： 在壁面控制的燃烧系统中，喷油器和火花塞相隔较远，喷油器将油束喷到活 塞凹坑中，然后油气流将燃油送往火花塞。 为了避免温度过高， 喷油器不应布置 在排气侧而应在进气侧，活塞凹坑的开口也指向进气侧。 3、气流控制燃烧系统： 在气流控制的燃烧系统中，利用轮廓分明的缸内气流与油束相互作用，在发动机的大部分工况范围内都能实行恰当的充量分层。 4、依靠燃油喷雾的喷雾控制方式 第 2、3 种方式有可能行程壁面油膜，是造成 HC 排放高的主要原因。后一种方式则与喷雾特性和喷射时间关系密切，但控制起来比前两种要困难。 二、 GDI 结构原理： 1、使用垂直的进气管。 进气歧管改垂直式进入汽缸 , 这样的设计可改善进气 增压的效果。 左边:GDI 直立式进气歧管，反向回漩气流 。 右边: 传统汽油发动机机进气方式 2、高压的燃油喷射。 改用可以达到 5Mpa的高压汽油压力， 3、喷油嘴能形成高压 . 漩式的雾状。 4、活塞形状采用有凹凸的曲面。 活塞表面是呈凹凸的曲面， 这些的改变使 GDI发动机能使用超稀薄燃油 (40:1) ，且点火情况良好。 燃油经高压后 “呈现雾状”，且油汽运方式都有改善 , 克服稀薄燃烧的点火不易、 发动机爆震与 NOx过高的问题。 ( 是由由于高压供油且汽流的卷动方式配合活塞顶端的凹凸曲面 , 在压缩形成后，使得被喷入汽缸內的燃料经微粒化后形成非扩散的喷雾状