直噴及其他技術

1、應用概況應用概況GDI: Gasoline Direct InjectionFSI: Fuel Stratified InjectionTSI: Turbo (Fuel) Stratified InjectionSIDI: Spark Ignition Direct Injection（凱迪拉克）（凱迪拉克）CGI: Stratified-Charged Gasoline Injection （奔馳（奔馳) 直噴發(fā)動機技術直噴發(fā)動機技術缸內直噴發(fā)動機缸內直噴發(fā)動機分層噴射分層噴射稀薄燃燒技術稀薄燃燒技術MINI Cooper MINI Cooper 標致標致207CC207CC速騰冠軍版速騰冠

2、軍版/ /明銳明銳 1.8TSI1.8TSI明銳是國內最先裝上直噴發(fā)動機的大眾集團緊湊型車EA888奧迪奧迪A4LA4L和邁騰和邁騰寶馬寶馬335i 335i 新君越的新君越的3.0L3.0L和凱迪拉克和凱迪拉克CTSCTS發(fā)動機同屬通用的HFV6系列，它們的共同特征就是汽缸以54夾角呈V形排列二二 發(fā)展簡介發(fā)展簡介普通電噴發(fā)動機的噴油嘴位于其缺點：由于是在進氣歧管內進行混合，經常會遇到燃燒不完全和很難達到理想空燃比的情況 瑞典工程師喬納斯瑞典工程師喬納斯赫賽赫賽曼，曼， 1925 1925 德國，德國，5050年代，直噴二沖年代，直噴二沖程汽油機程汽油機, ,奔馳，皺眉奔馳，皺眉三菱汽車公司

3、，三菱汽車公司，19961996，GalantGalant。投放日本。投放日本。19971997，中級轎車中級轎車GarismaGarisma，西歐市，西歐市場。場。1.8L1.8L，88kW88kW，100km100km油油耗耗5L5L左右。左右。2.4L2.4L四缸機、四缸機、3.0L3.0L六缸機和六缸機和3.5L3.5L六缸。六缸。豐田，豐田，19961996，D4,2LD4,2L克萊斯勒克萊斯勒, ,福特福特大眾大眾, , 1997,1997,法蘭克福汽法蘭克福汽車博覽會車博覽會奔馳，奧迪奔馳，奧迪1 直噴的優(yōu)勢直噴的優(yōu)勢 分層燃燒，燃油經濟提高，分層燃燒，燃油經濟提高，40：1，1

4、00：1 功率和轉矩均提高功率和轉矩均提高 工作的均勻性、瞬時反映性、起動性工作的均勻性、瞬時反映性、起動性2 存在的問題存在的問題 中小負荷未燃的HC較多 原因：a 油霧碰到活塞頂部和缸壁 b 局部區(qū)域混合氣過稀 c 蒸發(fā)造成溫度過低 微粒排放增加 原因：混合氣局部過濃，液態(tài)油滴擴散燃燒，缸內溫度低，氧化不完全 目標：分層混合氣合理形成傳統(tǒng)汽油傳統(tǒng)汽油發(fā)動機發(fā)動機直噴汽油發(fā)直噴汽油發(fā)動機動機共軌柴共軌柴油機油機噴油位置噴油位置進氣歧管進氣歧管燃燒室燃燒室燃燒室燃燒室噴油時刻噴油時刻活塞的進活塞的進氣沖程氣沖程在活塞的壓縮在活塞的壓縮沖程或進氣沖沖程或進氣沖程程在活塞的在活塞的壓縮上止壓縮上止

5、點附近點附近噴油壓力噴油壓力3bar3bar左右左右100bar100bar左右左右1000bar1000bar以上以上三三 燃燒模式燃燒模式目標：目標：控制好混合氣濃度在空間的分布及其隨時間的變化方法：方法：高精度的高壓噴油嘴 缸內氣流控制技術 切換燃燒模式 噴油嘴遠離火花塞以可靠點火 漸開線形狀凹坑漸開線形狀凹坑 將氣流導向火花塞方向，呈漩渦狀將氣流導向火花塞方向，呈漩渦狀 較窄的區(qū)域形成混合氣較窄的區(qū)域形成混合氣 較寬的區(qū)域形成燃燒空間，用以促較寬的區(qū)域形成燃燒空間，用以促 進混合氣快速擴散進混合氣快速擴散 蒸發(fā)的燃油流向火花塞蒸發(fā)的燃油流向火花塞 凹坑防止混合氣擴散流出凹坑防止混合氣擴

6、散流出1 1 分層燃燒分層燃燒進氣歧管關閉進氣翻板進氣歧管下部，v157電機條件：1 冷卻液高于50 2 NOX存儲催化溫度在250-500 3 中小負荷1 翻板關閉，氣流加快，呈漩渦狀2 凹坑加強漩渦，節(jié)氣門打開，減少節(jié)流損失3 壓縮行程噴油，點火4 噴油角度小，不觸頂，空氣引入式5 火花塞周圍易燃混合氣，空氣隔離層缸內直接噴射，對缸內的油氣混合過程提出了更高的要求，如同柴油機的霧化過程一樣，需要仔細匹配發(fā)動機的燃燒室和進氣道的幾何參數(shù)，以及噴嘴和火花塞的位置。汽油機缸內直噴為何在壓縮行程噴油？為何在壓縮行程噴油？ a. 氣缸內的壓力很大，噴油壓力越大，SMD( 油滴的索特平均直徑)越小，燃

7、油蒸發(fā)越快，霧化程度越高，油滴噴射距離有限，穿透度不深b. 缸內壓力增大，充量被強制壓縮，密度增大，油滴所受的阻力也增大，運動很快地受到衰減，使油束比較集中，噴射出的燃油穿透距離也保持適中 c. 噴油與活塞頂部凹坑間距離減小，保證了燃油可更加準確而又有效地被噴射在活塞頂部凹坑內，不向外擴散，被迅速地加熱汽化，促進空氣迅速卷入汽化的燃油中，形成可燃混合氣?；钊蛏线\動，翻滾氣流將可燃混合氣帶往火花塞，在火花塞附近區(qū)域聚集形成濃的可燃混合氣，在燃燒室的其它空間形成稀薄混合氣，實現(xiàn)混合氣的分層和超稀薄燃燒。2 2 均質燃燒均質燃燒1 大負荷，高轉速，翻板開2 進氣行程噴油，形成均質混合氣3 混合氣混

8、合充分4 無隔離空氣層 應盡可能減少油束沾濕活塞和氣缸壁面，否則會導致HC排放增加，并且活塞壁面會向燃油提供汽化潛熱，從而喪失利用汽化潛熱冷卻缸內充量以提高容積效率的機會。同時要求油束的穿透深度應當大一些，以便擴大油束在氣缸內的分布范圍，使其能有足夠的空間和時間讓燃油和空氣進行混合，形成均質充量。故此時應將噴油提早到吸氣沖程的前期。不同燃燒模式的控制范圍不同燃燒模式的控制范圍 四四 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)低壓，6bar高壓，40-110bar單活塞高壓泵過壓閥單活塞高壓泵單活塞高壓泵凸輪軸驅動緩沖器1 下行，進油2 上行，出油，入分配管3 計量閥早開，油回流達到軌內壓力，計量閥打開，防止壓力升高 計

9、量閥是一個斷電電磁閥 油軌：分配燃油到油嘴，提供容積容納波動，儲存器，連接架燃油壓力傳感器壓力與輸出電壓油軌高壓渦流噴油器：58MPa。噴油嘴的頭部有特殊的渦流腔，可產生強渦流，不僅對噴油嘴噴孔具有自潔作用，使其可靠性得到提高，而且能使燃油噴束的一部分動能直接轉化為水平的旋轉動能，從而降低了油束的穿透度，避免其沾濕活塞和缸套壁面噴嘴方案的比較噴嘴方案的比較 A 多孔內開式,易于積炭堵塞,霧化分層效果,火焰?zhèn)鞑ゲ缓芊€(wěn)定B 外開式單孔針式, 設計靈活,密封性差一些C內開式旋流型噴嘴，燃油旋流腔，旋轉渦流,噴霧形態(tài)和合適貫穿度的配合。不易積炭五五 燃燒類型燃燒類型1 油束控制燃燒系統(tǒng)。燃油噴嘴靠近火

10、花塞，噴油器直接把燃油射向火花塞的電極。燃油混合氣能在有限的空間內產生有效的分層，并可保證當整個燃燒室內為稀薄混合氣時，火花塞周圍仍能形成可供點火的混合氣濃度。積碳，難以點火，不穩(wěn)定2 壁面控制燃燒系統(tǒng)。噴油嘴遠離火花塞。噴油器在進氣門一側，活塞凹坑的開口指向進氣側，火花塞在中間， 采用具有特殊形狀的立式進氣道，吸入的空氣通過立式進氣道被強制沿氣缸壁向下流動，形成逆滾流，從而將噴射的燃油和蒸發(fā)的燃油送到火花塞附近。進氣道直立后，減少了進氣阻力，提高了充氣效率，從而使發(fā)動機功率得到進一步的增大?；钊斆嫱ǔ１辉O計成弧狀的曲線形，并在其上開有小型的球形燃燒室，產生的逆向翻滾氣流，將燃油蒸氣導向火花

11、塞，在火花塞間隙處形成合適濃度的混合氣在壓縮過程中，擠流使逆滾流得到加強，有利于燃燒的進行。在燃燒過程后期，逆擠流使火焰?zhèn)鞑サ脚艢忾T一側。三菱、豐田、Nissan三菱三菱GDI 活塞活塞 擠流擠流渦流渦流滾流滾流五五 排放處理排放處理轉化co和HC存貯硫及NOX還原NOX，硝酸鹽分解還原硫，650缸內直接噴射是進一步提高汽油機的經濟性的主要方向，也是汽油機技術向柴油機技術靠攏的一個步驟；稀薄燃燒的技術和缸內直接噴射配合工作，可以大幅度降低汽油機的排放、改善其經濟性。但是燃燒的穩(wěn)定性等問題需要達到保證。第46頁汽油機缸內直噴ECU通過渦輪增壓系通過渦輪增壓系統(tǒng)對吸入的空氣統(tǒng)對吸入的空氣進行壓縮，

12、增大進行壓縮，增大氣體密度，從而，氣體密度，從而，增加每個進氣沖增加每個進氣沖程進入燃燒室的程進入燃燒室的空氣量，增加循空氣量，增加循環(huán)供油量，提高環(huán)供油量，提高升功率和升扭矩，升功率和升扭矩，達到提高燃燒效達到提高燃燒效率、提高整機使率、提高整機使用經濟性。用經濟性。轉子的工作轉速高達每分鐘數(shù)萬轉至二十多萬轉，需要有轉子的工作轉速高達每分鐘數(shù)萬轉至二十多萬轉，需要有單獨的潤滑油供應管路，并為浮動軸承提供油膜支撐。單獨的潤滑油供應管路，并為浮動軸承提供油膜支撐。渦輪增壓器的潤滑：旁通閥式渦輪增壓器軸承潤滑：1 導入機油以冷卻及潤滑軸承；2 使冷卻水流經軸承外殼，以達到冷卻軸承與機油的目的中間冷

13、卻器：空氣經增壓后溫度可達120，直接送入氣 缸，則動力損失可達38%；將增壓氣體溫度降低至60，則動力可提高20%。因此，增壓壓力較高的增壓系統(tǒng)，均會安裝中間冷卻器，以免因空氣溫度升高而膨脹，使密度降低，含氧量減少。 水冷式 氣冷式：帶中冷器的渦輪增壓系統(tǒng)（Bora A4 1.8T)增壓壓力傳感器G31-101#三線位于活性炭罐前增壓空氣再循環(huán)（N249）進氣管下灰色機械式增壓空氣再循環(huán)閥增壓壓力限制閥(N75)：進氣軟管上增壓壓力調節(jié)單元V.A.G1397A/V.A.G5051-01-08-115(三檔2000轉以油門全開加速絕對壓力1.6-1.7Bar)=V.A.G1397讀數(shù) (1)排

14、氣控制：當增壓壓力超過膜片彈簧彈力時，旁通閥打開以泄壓 當增壓壓力超過預設最大值時，電腦控制使電磁閥打開以泄壓，以免因增壓壓力過高而產生爆震。 （2）進氣控制：萬一排氣旁通閥故障無法打開時，會使進氣壓力超過規(guī)定。當壓力超過0.53kgcm2時，進氣釋放閥打開，一部分空氣排到大氣中；若是混合氣，則流回增壓器入口，以防止發(fā)動機爆震。 魯茲式，兩個轉子，每個轉子上有二個或三個直線形或螺旋形的葉片。早期的魯茲式增壓器消耗動力可達15，且耗油?；瑒尤~片式機械增壓器，低轉速時，可供應所需的增壓壓力；中轉速至高轉速范圍時，僅能提供適度的增壓壓力。 螺旋式：公螺旋有4個凸面葉瓣，母螺旋有6個凹面葉槽，消耗的發(fā)

15、動機動力非常少，且壓縮后的空氣溫度較低，因此可不需要中間冷卻器。 漩渦式：渦卷式機械增壓器。G型增壓器。位移器將進氣流分成內室與外室。 廢氣再循環(huán)（EGR）的含義是將部分廢氣重新引入到氣缸內參與燃燒，降低氣缸內氧氣的含量，從而抑止NOx的生成，達到改善排放的目的。主要在富氧的部分負荷時采用。 EGR率太高：燃燒缺氧，HC和CO排放增加； ERG率合適：NOx少而且HC和CO不會惡化； EGR率太低：NOx排放較多。 EGR率一般在10%15%左右EGR控制系統(tǒng)EGR閥的結構EGR閥主要控制流通截面來控制廢氣的流量為了防止汽油的揮發(fā)，造成環(huán)境污染和經濟性變差，需要有燃油蒸汽控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由碳罐收集油箱揮發(fā)出來的蒸汽，經過電磁閥引入進氣管，參與發(fā)動機的燃燒過程。燃油蒸汽控制系統(tǒng)碳罐的結構第71頁電控進排氣門不僅可以實現(xiàn)排氣相位的柔性控制，還可以在此基礎上缸內直接的廢氣再循環(huán)，實現(xiàn)可