汽车新技术课件：缸内直喷技术

缸内直喷技术概述什么是缸内直喷？为什么要研究缸内直喷？缸内直喷的发展轨迹？缸内直喷对比气门口喷射的优势与不足？缸内直喷发动机燃烧系统喷束引导壁面引导气流引导缸内直喷发动机发展趋势？什么是缸内直喷将汽油直接喷入气缸，利用缸内气流和活塞表面的燃料雾化与空气形成混合气进行燃烧。传统的汽油发动机是将汽油喷射到进气管中，与空气混合后再进入气缸内燃烧优化启动时不稳定循环的排放和输出为什么要研究缸内直喷降低能耗和燃油消耗率石油资源日益枯竭，CO2排放愈发严格GDI发动机能用稀燃技术，空燃比可高达40：1，甚至最高可达100：1，使得功率和转矩均高于传统汽油机，油耗、噪声及二氧化碳的排放量都较低GDI发动机工作的均匀性、瞬时反映性、起动性等均比传统汽油发动机有较大的改进缸内直喷的发展轨迹二战德国飞机：直喷50年代：Benz300SL60年代MAN-FM70年代Ford-PROCO1996年MITSUBISHI4G93壁面引导直喷大众TSI，奥迪FSI缸内直喷优点：省油低负荷时，层状气体分布，燃料被进气涡流及活塞顶部的球形曲面保持在火花塞附近，是易于点燃的最佳混合气，而周围则为空气层，整个燃烧室内成为40：1的超稀薄空燃比仍能稳定燃烧，达到省油效果。低负荷时，由于A／F比超稀薄化，故进排气的泵损失少，即气体交换损失少；且因燃料吸温冷却效果，冷却损失少，如图5．1所示为丰田汽车公司D-4缸内汽油直接喷射发动机，与一般喷射发动机在泵损失及冷却损失间的差异。怠速转速可设定在较低值，例如三菱汽车的设备接口发动机怠速为600r／min。缸内直喷优点：高输出进气行程时就开始喷射燃料，整个燃烧室为均匀混合理论空燃比的均匀混合气。进气行程就开始喷油，燃料气化的吸温冷却效果，使空气密度增加，可提高容积效率，故比一般喷射发动机的输出高。直接喷入气缸中燃油的气化作用，降低空气温度，发动机不易爆震，故压缩比可提高，如设备接口发动机压缩比可达12.0：1。缸内直喷缺点未蒸发燃油劣化颗粒和HC排放，增加发动机磨损无法使用三元催化转化器。油品质量要求严格：大众公司取消分层燃烧技术；三菱，丰田不引入直喷发动机缸内直喷对比气门口喷射气门口喷射气门附近形成油膜，油坑，瞬时供油量无法精确控制冷启动困难，启动时4~10个循环不稳定燃烧节气门节流造成进气节流损失无法减速断油，容易失火回火进气温度高，充气效率低低压喷射，可以使用三元催化转换器缸内直喷避免气门口燃烧湿壁，瞬时供油量控制精确冷启动时不需加浓混合气，降低瞬变HC排放控制喷油量来控制发动机负荷，无节流损失可以实现减速断油，提高发动机负荷率，提高经济性进气温度低，充气效率高高压喷射，设计制造难度高，硬件软件复杂需要额外降低氮氧化物的催化转化器GDI发动机燃烧系统喷束引导喷油嘴靠近火花塞，窄间距布置，燃油射向火花塞电极使混合气在有限空间内产生有效分层，实现稀燃火花塞容易被燃油沾湿造成积碳或点火苦难，寿命缩短壁面引导喷油嘴与火花塞之间宽间距布置，喷油器在进气门一侧，火花塞在中间，采用特殊形状的立式进气道进入的空气形成逆向滚流，将燃油送到火花塞附近大众三菱丰田日产俊采用此燃烧系统气流引导采用水平进气道，喷油器与火花塞宽间距布置，喷油器对准燃烧室中心喷向火花塞在缸内产生顺向滚流，是发动机在大部分范围内实现分层充气或均质混合气FEV公司部分方案采用此系统GDI发动机发展趋势λ=1均质混合燃烧更快启动，更快响应，更高动力，更低排放涡轮增压技术DGI比PFI爆震倾向小，辛烷值要求低优化