汽车发动机新技术的论文

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1、发动机新技术---缸内直喷式姓名：吴山林学号：5902111009班级：热能111近年来，当代汽车汽车飞速发展，汽车新技术不断涌现和应用，带动汽车性能不断改善。下面就现代缸内直喷式汽油机进行简单介绍。汽油机的发展经历了100多年的漫长历史，其中具有里程碑意义的发展阶段无不是以油气混合方式和机理的变迁为标志的。早期的化油器式汽油机依靠化油器喉口气流流速增加所产生的真空度将汽油吸出被高速进气空气流雾化以及汽油油滴本身的蒸发而与空气形成可燃混合汽。油气混合比(空燃比=进气空气质量/燃油质量)取决于化油器喉口的设计和量孔直径，负荷的调节是由节气门的开度来调节进入汽缸的油气混合汽量来实现的

2、，因此属于混合汽外部形成的量调节方式，且没有任何反馈控制。由于汽油-空气混合汽能在相当宽的空燃比范围内点燃，这种不太精确的控制对早期汽油机的正常运行并不存在什么问题。但是，随着世界工业化的发展，汽车成为不可或缺的主要交通工具，而作为汽车主要动力的这种化油器式汽油机废气中的有害成分(CO、HC和NOX等)对大气造成了污染，而燃烧产物二氧化碳又产生“温室效应”导致全球气候变暖。随着汽车数量的与日俱增，对人类生存环境的危害日趋加剧，因此汽车的节能减排已成为全球刻不容缓需要解决的重要问题。汽油缸内直接喷射从油气混合机理上可以解决变工况(如车辆加速时)和冷启动时油气混合不足的问题。早期的缸

3、内直喷式汽油机因喷射技术水平的限制，喷雾油滴的直径约为80μm。计算表明，一滴这样大小的油滴在200℃空气中需要大约55ms才能完全蒸发。如果发动机的转速为1500r/min的话，这段时间相当于495°CA(曲轴转角)。显然，蒸发时间过长，在这种情况下油气混合不能主要依靠喷雾来实现。随着汽油喷射技术的进步，现代缸内直喷式汽油机应用的汽油泵的供油压力已达到5～12MPa，又采用带旋流的喷油嘴，雾化性能得以提高，喷雾的油滴直径约为20μm，喷雾锥角可达50～100°，常压下的贯穿度约为100mm。此时一滴20μm的油滴在上述同样情况下仅需3.4ms或31°5CA就能完全蒸发，因而汽油

4、的蒸发和与空气的混合可主要依靠喷雾来实现，再加上缸内空气运动的辅助，变工况(如车辆加速时)和冷启动时不再需要过量喷油，冷启动喷油量得以大大减少(图1)，有害物排放也将大为降低。同时，由于汽油直接喷入汽缸内，消除了进气道喷射时形成壁面油膜的弊病，特别是在发动机尚未暖机的状态下，因而能改善变工况时对空燃比的控制，不但能改善车辆的加速响应性，而且还能降低此时的有害物排放。此外，缸内直接喷射还可带来很多其它好处，从而有利于降低燃油耗，达到节能和减少温室气体二氧化碳排放的目标。例如：汽油在缸内直接喷射时油滴主要依靠从缸内空气中吸热而非从壁面吸热，因而能使混合汽的温度降低和体积减小，从而有利

5、于提高充气效率，降低爆震倾向和提高压缩比。计算表明，在汽油油滴蒸发完全依靠从空气中吸热或者完全依靠从壁面吸热这两种极端情况下，缸内混合汽的体积在空燃比为12.5时将相差大约7％，而混合汽的温度在上止点前将相差大约50℃5。因此，与进气道喷射汽油机相比，缸内直喷式汽油机的充气效率提高了10％，同时爆震倾向也大为降低，表现在受爆震限制的点火时刻可提前若干曲轴转角，因而压缩比可提高1.5～2，有利于提高汽油机的热效率，降低燃油耗(约2%)。特别是有利于汽油机采用增压，并应用较高的压缩比，克服了由于增压汽油机压缩比较小而对部分负荷燃油耗所带来的不利影响，同时提高了增压汽油机在2500r/

6、min以下低转速范围内的增压压力，1200r/min时的扭矩能够提高25%，大大改善汽油机的低速扭矩特性和车辆的行驶性能。此外，由于汽油直接喷入汽缸内，可实现稀薄混合汽分层燃烧，使得低负荷工况时的空燃比可提高到40以上，从而无需关小节气门来限制进气量，采用像柴油机那样的质调节方式，基本上避免了发动机在换气过程中的泵气损失，有利于降低燃油耗。同时，在高空燃比情况下，由于混合汽物性的改变、绝热指数的增加以及混合汽分层致使热损失减少，使得发动机的热效率进一步提高。由于汽车发动机经常在低负荷工况下运行，因此分层混合汽燃烧的直喷式汽油机可使平均燃油耗降低15～20％。在欧洲机动车排放组合循

7、环(MVEG)行驶试验中，其燃油耗明显低于进气道喷射汽油机已达到了相当于非直喷式柴油机的燃油耗水平(图2)。5图3示出了现代汽油机各种技术改进措施的节油潜力。可以清楚地看出，作为单一措施汽油缸内直接喷射蕴藏着最大的节油(即降低CO2排放量)的潜力。这种效果一方面是由于发动机的无节流运行降低了换气损失，另一方面由于充量分层运行，燃烧在燃烧室中央进行，周围有隔热的空气层而减少了壁面热损失，同时全负荷时的爆震倾向降低，因而发动机能够以较高的压缩比运行。这些措施在发动机整个特性曲线场范围