缸内直喷发动机教案

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1、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，

2、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

3、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1、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SatoshiKato等人提出的OSKA2.）分隔式燃烧室分层燃烧系统：如本田公司的CVCC3.）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

4、进一步的研究。三菱公司则推出了基于这一概念的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

5、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。1、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

6、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。1、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

7、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，然而在活塞顶部空间气化而這些混合气被回漩带到火花塞附近,使得稀薄油气在火花塞附近浓度足够,整个汽缸混合气也可以足够到燃烧的比例。）1、根据工况不同的需求，采用三种不同正时的供油模式。1）低于120km/h时：在时速低于120km/h以下,使用40:1的超稀薄燃烧，由于供油正时接近在压缩行程的末期，空气密度