缸内直喷汽油机喷油策略

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1、重庆大学本科学生课程论文缸内直喷汽油机（GDI）的发展现状————喷油策略学生：匡凯学号：20143513指导教师：郑朝蕾专业：能源与动力类重庆大学动力工程学院二O一七年六月缸内直喷汽油机（GDI）的发展现状————喷油策略摘要：GDI通过在不同的工况下实现不同的燃烧状况，实现了中小负荷的超稀薄分层燃烧和全负荷的均质燃烧，从而提高了发动机的动力性、经济性，并大大降低了其有害气体的排放。面对日益严峻的能源危机和环保问题，对汽油缸内直喷技术的研究与开发是非常必要的。其中喷油策略会对发动机的工作性能产生重大影响，研究喷油策略对于组织GDI燃烧十分重要。关键词：汽油机GD

2、I喷油策略1.引言汽油缸内直喷技术（GDI）是当今汽油机发展的前沿技术之一。近年来汽车工业的飞速发展促进了世界经济的快速发展和人民生活水平的极大提高，但随着汽车数量的飞速增长，石油资源被过度消耗，世界各国面临着严重的石油短缺问题。既然不能停止使用燃油，那就只能让它污染更少，使用效率更高。缸内直喷技术对于汽油机来说意义重大。发动机的结构参数和控制策略都会对发动机的工作性能产生重大影响，国内外众多研究者也进行了深入的研究和相关改进，成果丰硕。目前，针对GDI燃烧系统的研究主要是围绕结构参数（进气道、喷油器及火花塞位置和燃烧室形状等）和控制策略（气门正时、喷油策略和点火

3、正时等）展开，这些参数对缸内混合气的形成过程及燃烧过程有重要影响，因而也直接影响了发动机的燃油经济性、动力性和排放性。只有合理匹配这些结构参数和控制策略，才能最大限度的发挥GDI发动机的优势。[1]下面将对喷油策略的发展现状进行阐述。2.燃油喷射控制系统发动机燃油喷射控制系统由传感器、电子控制单元（ECU）和执行器组成。该系统可以根据发动机当前的工作条件设置最佳的喷油控制参数，从而改善发动机的动力性、经济性和排放指标。传感器主要包括曲轴位置传感器、判缸信号传感器。常见的曲轴位置传感器有电磁式、光电式和霍尔式３种。磁电式曲轴位置传感器在发动机起动时的低速状态下感应电

4、压较低；霍尔式曲轴位置传感器需要配备温度补偿电路。所以光电式传感器应用较多。四冲程发动机一个工作循环内，活塞到达上止点２次，分别为压缩上止点和排气上止点。一般的GDI发动机通过凸轮轴位置传感器信号来区分这２个上止点，这个信号称为判缸信号。[2]Ecu的管理控制策略目的是对发动机各种复杂工况的动力性、经济性、排放性、驱动性和起动性能等的优化控制，主要包括喷油控制、点火控制、怠速控制和故障诊断等。[3]3.喷油策略3.1燃油喷射方式GDI的工作状况可以分为两种：部分负荷工况、全负荷工况。在不同的工况下喷油策略也不同。[4]燃油的喷射方式主要有两种，分别是进气管道喷射、

5、缸内直喷，缸内直喷与进气管喷射相比，燃油压力更高，喷射与混合气形成的可用时间更短。在进气管喷射的情况下，将燃油喷射进入进气管可以在曲轴转动的两圈内完成，而汽油机缸内直喷要求更高，要求只有曲轴半圈可用；在部分负荷时，在压缩行程中进行喷射，用于喷射和混合的时间非常短，此时燃烧处于分层燃烧。而分层燃烧对于汽油机来说，火花塞附近处于高浓度燃料区域，外部靠近缸壁处有稀薄的燃料与缸壁隔开，降低了缸壁的温度，提高了效率。对在喷注导向性混合气形成过程中完全使用混合气分层的情况，一台接近怠速运转的发动机最多只有1-3ms的时间来进行喷油与混合，所以对于燃油的喷射策略提出了非常高的要

6、求。为了获得精确喷射，喷油器必须有一个延迟低、响应快的控制电路来控制。开始时由于电流大，喷油器针阀快速上升，在针阀开启后，一个很小的控制电流就可以满足针阀位移不变的要求。所以喷油量便只取决于喷油器开启的时间长短。喷油时刻对于缸内直喷发动机的燃烧、运转和排放具有重要意义。喷射点提前，混合气混合时间过长，温度上升，使得HC化合物的排放量上升，着火延迟，向早期燃烧阶段的转变变得迟缓。延迟喷射会导致碳氢化合物和氮氧化合物的排放降低，但是缩短的进气行程使得碳烟排放增加，同时还存在火花塞和喷油器积碳的危险。3.2缸内直喷3.2.1一次直喷缸内喷射喷射方式主要有一次性喷射和多段

7、喷射两种。由于喷油时刻与混合气的形成至关重要，但是确定什么时候喷油，怎么喷却又是一大难点。一次喷射为传统喷射方式，而一次喷射对于稀薄燃烧来说很难实现，GDI的最终目的就是实现稀薄燃烧。在进行电控燃油喷射的前期研究中，采用进气道喷射方式一次喷油，把根据进气压力信号计算出的相应喷油量一次性喷入进气道时，由于油量大，油束扩散，会有较大部分燃油会喷射在气道壁面上，造成雾化不良，很难形成均匀的混合气.[5]对于直喷汽油机，在燃烧室中形成分层混合气的方法通常有两种：第一种是在压缩行程后段，喷油器开始向汽缸内喷射汽油。由于进气道和活塞顶部的特殊设计，使得空气在活塞上行过程中于燃

8、烧室内形成