稀薄燃烧控制

1、南农大工学院 2022-6-21稀薄燃烧控制安秋南农大工学院 2022-6-22稀薄燃烧的背景 目前世界各国均面临着温室效应引发的全球气候变暖，以及石油资源渐趋枯竭的双重压力。 普遍采用闭环燃油喷射电子控制系统加三元催化装置来解决排放污染问题，但这种方式是以牺牲燃油经济性为前提的。 将过量空气系数从1左右提高到且远超过1.1的水平，可以降低发动机油耗并改善CO2排放，这就是稀薄燃烧稀薄燃烧。 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。南农大工学院 2022-6-23稀薄燃烧发动机的优点热效率随空燃比增加而增加，与一般当量比的发动机相比

2、，热效率能提高8%以上。可有效降低排放中的CO和HC，可有效抑制NOx产生所需的高温条件。有利于改善发动机部分负荷特性。南农大工学院 2022-6-24稀薄燃烧的关键技术一、提高压缩比 采用紧凑型燃烧室，通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；提高压缩比至13：1左右，促使燃烧速度加快。二、分层燃烧 采用由浓至稀的分层燃烧方式。通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。三、高能点火 高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，火焰传播距离缩短，燃烧速度增快，

3、稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的。南农大工学院 2022-6-25分层稀薄燃烧的分类分层燃烧系统从组织混合气化层位置来看，v 进气管分层燃烧q涡流分层燃烧：轴向分层（纵向涡流）q滚流分层燃烧：绕垂直于轴线方向旋转的旋流 （横向涡流）v 缸内直喷分层燃烧SwirlTumble南农大工学院 2022-6-26涡流分层燃烧南农大工学院 2022-6-27滚流分层燃烧南农大工学院 2022-6-28进气管分层稀薄燃烧的电子控制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。与稀薄燃烧相关的控制包括v 进气涡流比的控制q切向进

4、气道与中性进气道q涡流控制阀（控制涡流比）v 喷油正时的控制q在稳定燃烧的稀薄极限前提下，应适当增加喷油正时v 点火正时的控制q混合气变稀，增加点火正时q空气扰流增加，减小点火正时v 闭环控制q为0.8-2.5v 稀燃极限控制(压力波动值)南农大工学院 2022-6-29缸内直喷分层稀薄燃烧的电子控制缸内直喷技术v 优点：有效提高缸内充气系数，降低爆震极限，提高压缩比，改善发动机性能，使其燃油经济性提高25%左右，动力输出也比进气管喷射的汽油机增加了将近10%。v 关键技术：产生与传统发动机不同的缸内气流运动状态，通过技术手段使喷射入气缸的汽油与空气形成一种多层次的旋转涡流。v 技术手段：立式

5、吸气口、弯曲顶面活塞、高压旋转喷射器南农大工学院 2022-6-210GDI的两种燃烧模式分层稀燃模式v 在中小负荷时，通过在压缩行程后期压缩行程后期喷油和燃烧系统的合理配合实现分层燃烧，并采用质调节以避免节流阀的节流损失，以达到与柴油机相当的燃油经济性。v 分段喷油：在进气早期开始喷油，使燃油在气缸内均匀分布，在进气后期再次喷油，最终在火花塞附近形成较浓的可燃混合气。均质稀燃模式v 在大负荷和全负荷工况下，通过较早地把燃油在进气行程中进气行程中喷入气缸，以此保证点火时刻形成预混燃烧的均质混合气，以保持汽油机升功率高的优点。南农大工学院 2022-6-211丰田D-4缸内直喷系统采用电控涡流阀

6、（ESCV），形成斜向进气涡流。半球屋顶形的燃烧室、弯曲顶面的活塞与进气涡流旋向及高精度的喷油正时，在火花塞形成易于点燃的混合气。喷油器为高压旋流式（8MPa13MPa），雾化性能好，雾滴直径小于5m，抑制燃烧可能产生的黑烟。采用电控EGR系统，有利于排气中有NOx进行转化。可实现对不同的工况范围采用不同的燃烧方式。v 低速和部分负荷：分层燃烧模式v 高速和大负荷或全负荷：均质燃烧模式v 其他：组合南农大工学院 2022-6-212丰田D-4缸内直喷系统D-4稀燃发动机控制方法南农大工学院 2022-6-213三菱4G系列缸内直喷系统比较著名的三菱缸内喷注汽油机（GDI），可令混合比达到40:

7、1。它采用立式吸气口立式吸气口方式，从气缸盖的上方吸气的独特方式产生强大的下沉气流。这种下沉气流在弯曲顶面活塞附近得到加强并在气缸内形成纵向涡旋转流。在高压旋转喷注高压旋转喷注器器的作用下，压缩过程后期压缩过程后期被直接喷注进气缸内的燃料形成浓密的喷雾，喷雾在弯曲顶面活塞的顶面空间中不是扩散而是气化。这种混和气被纵向涡旋转流带到火花塞附近，在火花塞四周形成较浓的层状混和状态。这种混合状态虽从燃烧室整体来看十分稀薄，但由于呈现从浓厚到稀薄的层状分布层状分布，因此能保证点火并实现稳定燃烧。南农大工学院 2022-6-214三菱4G系列缸内直喷系统三菱公司GDI发动机结构图南农大工学院 2022-6-215BOSCH的汽油直接喷射系统MED-7南农大工学院 2022-6-216主要控制内容GDI的电子控制模式：根据不同工况采取不同的控制模式v 在低速、低负荷工况时，发动机应采用推迟点火、分层燃烧的控制模式v 在高速、大负荷工况时，发动机应采用提前喷油，均质燃烧的控制模式转矩的控制v 在低工况区域，分层燃烧模式，节气门全开，质调节方式控制转矩v 在高工况区域，均质燃烧模式，通过调整节气门开度的量调节方式控制转矩喷油正时的控制v 低工况时，分层燃烧，油束集中，雾化