汽油机缸内直喷技术发展的分析与研究

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1、目录汽油机缸内直喷技术研究与发展11简介12缸内直喷技术特点12.1分层燃烧缸内直喷汽油机22.2匀质混合燃烧缸内直喷汽油机33GDI发动机的技术现状43.1燃油供给和喷射系统43.2喷射模式53.3燃烧系统53.3.1“喷束引导法”(spray-guidedsystem)63.3.2“壁面引导法”(wall．guidedsystem)63.3.3“气流引导法”(flow-guidedsystem)63.4缸内空气运动的组织64GDI发动机目前存在的问题74.1排放问题74.2催化器问题74.3积炭问题74.4喷油器问题74.5控制

2、策略问题75今后GDI技术研究开发方向85.1降低NOx排放的技术85.2二次燃烧技术85.3二次混合技术95.4均质混合压燃技术96GDI技术的发展前景9参考文献10汽油机缸内直喷技术研究与发展09506226田雷波指导教师谢朝燕摘要：本文通过实例介绍了汽油机缸内直喷(GDI)技术的发展背景、技术特点、技术现状、目前面临的难题以及今后技术研究工作的重点，指出了排放的控制措施将成为决定其推广实用的关键因素。最后对汽油机缸内直喷新技术的发展，进行了展望。关键词：汽油机缸内直喷排放1简介随着石油资源越来越紧缺，人们对汽车的燃油经济性要求

3、也越来越高，为此，一种新型的汽油机燃烧方式应运而生，即发动机稀薄燃烧技术，而实现稀薄燃烧的理想方式是缸内直喷分层喷油，即缸内直喷（GDI）。直喷式发动机是在气缸内喷注汽油，将喷油器安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃做功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此，缸内喷注式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种重大创举。上世纪50年代，德国就研制了直喷二冲程汽油机，但由于当时内燃机制造技术和电控水平较低，其性能和排放并不理想。90年代后，缸内直喷汽油机的研究有了快速发展。缸

4、内直喷汽油机改变了混合机理。可采用稀薄分层燃烧技术，有效地降低HC等排放。直喷方式的油滴蒸发依靠空气吸热而非壁面吸热，降低了混合气温度和体积，可降低爆燃倾向，提高发动机压缩比。此外，GDI汽油机还具有瞬态响应好，易于实现精确的空燃比控制，具有快速的冷起动和减速快速断油能力等特点。缸内直喷式发动机的空燃比达到40:1，具有节省燃油、减少废气排放、提升动力性能，减少发动机震动、喷油精度的提高、发动机更耐用等优点，目前各汽车制造企业纷纷推出了各自的缸内直喷发动机，如大众公司的FSI（燃油分层喷射）、通用公司的SIDI（点燃式直喷）、丰田公

5、司的D—4S、宝马公司的HPI（高压直喷）、三菱公司的GDI（汽油缸内直喷）、保时捷的DFI（直接燃油喷射）等。这些缸内直喷式汽油机各有自身的特点，技术先进，都明显优于进气道喷射汽油机。2缸内直喷技术特点缸内直喷汽油机是以传统电控喷射系统为基础，进行结构和控制技术的优化，使得混合气的形成与燃烧过程得到改善。102.1分层燃烧缸内直喷汽油机这种发动机，部分负荷情况下采用分层燃烧，在火花塞附近形成极易点燃的较浓混合气，而在其他区域，则追求无油区，即形成空燃比趋向无穷大区域。主要有壁面阻挡型和软喷射型等燃烧系统。丰田D一4发动机采用壁面阻

6、挡型稀薄燃烧系统(图1)。当活塞运动到一定位置时，喷油器喷出的油束到达与活塞顶部凹坑基本垂直的壁面上，与壁面碰撞并飞溅。进气气流经过电控涡流阀(E—SCV)，形成斜向进气涡流。空气涡流运动使已蒸发的汽油蒸气和飞溅的油滴沿壁面横向运动，促进缸内混合气的形成。喷油器为高压旋流式(8MPa～13MPa)，雾化性能好，雾滴高度微粒化，雾滴直径小于5μm。喷射方式控制灵活，对不同转速与负荷采用不同的喷油控制方式，并带有电控废气再循环系统和氧传感器、三元催化器闭环控制系统等。试验结果表明，其轿车工况试验油耗为17.4Km／L，而相应的装有PFI

7、发动机的汽车油耗为13Km／L，节油达34％左右。图1丰田D—4稀薄燃烧系统三菱4G稀燃系统(图2)与丰田D一4系统相近。进气采用立式进气道，能够产生强大的进气气流，直接流入气缸，流速可达40m/s一50m/s，充气效果好，以保证高度的纵向涡流及充气系统。活塞顶部的凹坑浅，且壁面有一定的斜度。在部分负荷输出时，油束与壁面碰撞后飞溅的油滴，随含有汽油蒸气和细小油滴的气流斜向上运动(图2中倒滚流)，被位于缸盖中部的火花塞点燃。与丰田D一4系统一样采用高压旋流式喷油器，但喷油压力为5.0MPa，低于D一4系统。发动机通过ECU直接用脉冲电

8、流的宽度控制高压旋流式喷油器(如图2所示)喷油量的多少，利用特殊的喷孔形状，向气缸内喷出旋转的雾状燃油，与挤压空气涡流快速地混合，以便点火分层燃烧。高压旋流喷油器采用的是瞬时高电压和大电流“峰值保持型”10控制方式(用lOOV一110