直喷汽油机多孔喷油器的喷雾特性分析

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1、天津大学硕士学位论文第一章绪论1．1引言第一章绪论内燃机诞生一百多年来，由于燃烧控制技术的不断进步，它已经成为目前热效率和比功率最高的热力机械。内燃机在动力性、经济性、可靠性等方面的优势使其成为工农业生产和交通运输中应用最广泛的动力机械。目前，全世界内燃机的保有量已经达到十几亿台。但是，内燃机在给人类经济活动带来便利的同时，也给人类社会带来了一些负面的影响。主要表现为Ⅲ：(1)矿物能源日益短缺；(2)自然环境遭受不同程度的破坏。尤其近几十年来，受能源日益枯竭、油价不断上涨、全球变暖等问题的困扰，在满足发动机排放要求的前提下

2、改善它的燃油经济性就显得格外迫切。汽油机的燃油经济性比柴油机差，降低汽油机的能耗已经成为汽车界当前必须要解决的问题。缸内汽油直喷(GDI)技术是提高汽油机燃油经济性的重要手段，因此，近些年来，以汽油缸内直喷为代表的汽油机技术得到了广泛的研究与应用业3，并极大地提高了汽油机的燃油经济性。1．1．1GDI汽油机与PFI汽油机工作特点比较对于缸内直喷汽油机，在进气过程中喷入气缸内的汽油蒸发吸热，可降低进气温度，所以缸内直喷技术可提高汽油机的抗爆性，直喷汽油机可以采用更高的压缩比【引。同时由于进气被冷却，直喷汽油机的充气效率更高。

3、高的压缩比和燃烧过程的改善，使得GDI发动机燃油经济性能够得到显著改善。对于不同的测试循环，GDI发动机燃油经济性最大可以提高15％～20％【4J。对于传统的PFI汽油机，20％的喷油器装在气缸盖上，另多,t-80％的喷油器安装在靠近气缸盖的进气歧管上。在汽油机起动时，喷出的燃油会在进气门上和进气道内形成液态油膜，这些沉积的燃油在进气过程中逐渐蒸发后进入气缸燃烧，导致汽油机起动阶段缸内混合气的浓度难以精确控制。冷起动时，部分燃油蒸发现象导致供油延迟和计量偏差，加上燃油蒸发困难，使得实际供油量远大于实际所需的以实现稳定起动。

4、通常PFI汽油机冷起动时有4～10个不稳定燃烧循环，这显著地加大了发动机未燃HCjAd：i：-放pJ。GDI汽油机可以避免pFI汽油机进气道燃油湿壁现象，实现缸虎混台气自专准天津大学硕士学位论文第一章绪论确控制，降低各缸之间、各循环之间的燃烧变动。GDI汽油机采用高压燃油喷射技术，提高了燃油的雾化质量，使得汽油机能在前两个循环无需额外供油就能起动，并能实现稳定燃烧，这样GDI发动机冷起动时的HC排放迅速降低16】。PFI发动机在中、小负荷时采用节气门来控制负荷，导致节流损失增大。GDI发动机在中、小负荷时可以采用分层充气工

5、作模式，通过控制喷入气缸内的油量来控制发动机的负荷，降低了泵气损失和传热损失【7

6、。此外，GDI汽油机还可以实现减速断油，不但能提高燃油经济性，而且还能降低HC排放。但减速断油技术在PFI发动机上是不可行的，因为它会减少或消除进气道内的油膜，而在汽油机转速增加时又需要几个循环的过渡才能在进气道内建立稳定的油膜。如果在这个过程中燃烧室内形成很稀的混合气，导致失火，则未燃HC排放迅速增大¨J。1．1．2缸内直喷汽油机混合气形成方式按照混合气形成方式分，GDI发动机分喷雾引导型，即分层混合气形成主要依赖于喷雾动态特性；壁面引导型

7、，即分层混合气的形成主要依赖于油束和活塞表面形状及相互作用；气流引导型，依赖于缸内的流场形成分层混合气3种一J。自日本三菱汽车公司推出首款商用GDI发动机后，丰田、日产等汽车公司相继推出各自的直喷汽油机机型。这些机型都采用“壁面引导型”，即燃油喷嘴远离火花塞，利用特殊形状的活塞表面配合气流运动，将燃油蒸气导向火花塞，并在火花塞间隙形成合适浓度的混合气Il⋯。FEV，AVL等公司则利用“气流引导型”，通过在缸内组织气流运动，并在火花塞周围形成可点燃的混合气⋯J。Ford，Honda等汽车公司则利用“喷雾引导法”方法，将火花塞

8、布置在油束的边缘，当整个燃烧室内为稀薄混合气时，火花塞周围仍能形成可点燃的混合气【12]o“喷雾引导型”方法便于控制在怠速和部分负荷时分层混合气的形成，其优点是能实现超稀薄燃烧，但其缺点为混合气的形成时间短，火花塞积炭的倾向增加，并且对喷雾的几何参数、喷嘴的安装误差以及雾化程度等非常敏感。另外火花塞容易变湿而造成积炭和点火困难，它对喷雾变形也比较敏感。如果把火花塞和喷油器都布置在气缸中心，则会影响进气门的大小。壁面引导型和气流引导型对喷油器和火花塞的布置则比较灵活，可避免沾湿火花塞，而且可以降低燃烧室几何尺寸和热力学的设计

9、约束，增加燃油由喷嘴到火花塞的传输时间，增强混合气的形成。但其缺点是混合气形成时间相对较长，不容易实现更稀薄的燃烧。而且燃油更容易碰壁，因此需要糖确地设计特殊的燃天津大学硕士学位论文第一章绪论烧室形状，同时对缸内混合气运动的组织要求也要高一些。喷雾引导型燃烧系统具有实现更稀薄燃烧并扩大稀燃区域的潜力[1