直噴及其他技術(shù)

1、1應(yīng)用概況應(yīng)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(dòng)機(jī)技術(shù)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)分層噴射分層噴射稀薄燃燒技術(shù)稀薄燃燒技術(shù)MINI Cooper MINI Cooper 標(biāo)致標(biāo)致207CC207CC速騰冠軍版速騰

2、冠軍版/ /明銳明銳 1.8TSI1.8TSI明銳是國內(nèi)最先裝上直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的大眾集團(tuán)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的噴油嘴位于其缺點(diǎn)：由于是在進(jìn)氣歧管內(nèi)進(jìn)行混合，經(jīng)常會(huì)遇到燃燒不完全和很難達(dá)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(jī)程汽油機(jī), ,奔馳，皺眉奔馳，皺眉三菱汽車公

3、司，三菱汽車公司，19961996，GalantGalant。投放日本。投放日本。19971997，中級(jí)轎車中級(jí)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(jī)、四缸機(jī)、3.0L3.0L六缸機(jī)和六缸機(jī)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(huì)車博覽會(huì)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(jīng)濟(jì)提高，分層燃燒，燃油經(jīng)濟(jì)提高，40：1，

4、100：1 功率和轉(zhuǎn)矩均提高功率和轉(zhuǎn)矩均提高 工作的均勻性、瞬時(shí)反映性、起動(dòng)性工作的均勻性、瞬時(shí)反映性、起動(dòng)性2 存在的問題存在的問題 中小負(fù)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(kuò)散燃燒，缸內(nèi)溫度低，氧化不完全 目標(biāo)：分層混合氣合理形成傳統(tǒng)汽油傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)直噴汽油發(fā)直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)共軌柴共軌柴油機(jī)油機(jī)噴油位置噴油位置進(jìn)氣歧管進(jìn)氣歧管燃燒室燃燒室燃燒室燃燒室噴油時(shí)刻噴油時(shí)刻活塞的進(jìn)活塞的進(jìn)氣沖程氣沖程在活塞的壓縮在活塞的壓縮沖程或進(jìn)氣沖沖程或進(jìn)氣沖程程在活塞的在活塞的壓縮上止壓縮上

5、止點(diǎn)附近點(diǎn)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(biāo)：目標(biāo)：控制好混合氣濃度在空間的分布及其隨時(shí)間的變化方法：方法：高精度的高壓噴油嘴 缸內(nèi)氣流控制技術(shù) 切換燃燒模式 噴油嘴遠(yuǎn)離火花塞以可靠點(diǎn)火 漸開線形狀凹坑漸開線形狀凹坑 將氣流導(dǎo)向火花塞方向，呈漩渦狀將氣流導(dǎo)向火花塞方向，呈漩渦狀 較較窄的窄的區(qū)域形成混合氣區(qū)域形成混合氣 較較寬的寬的區(qū)域形成燃燒區(qū)域形成燃燒空間，空間，用以促用以促 進(jìn)進(jìn)混合氣混合氣快速擴(kuò)散快速擴(kuò)散 蒸發(fā)蒸發(fā)的的燃油流向火花塞燃油流向火花塞 凹坑防止凹坑防止混合混合氣擴(kuò)散流出氣

6、擴(kuò)散流出1 1 分層燃燒分層燃燒進(jìn)氣歧管關(guān)閉進(jìn)氣翻板進(jìn)氣歧管下部，v157電機(jī)條件：1 冷卻液高于50 2 NOX存儲(chǔ)催化溫度在250-500 3 中小負(fù)荷1 翻板關(guān)閉，氣流加快，呈漩渦狀2 凹坑加強(qiáng)漩渦，節(jié)氣門打開，減少節(jié)流損失3 壓縮行程噴油，點(diǎn)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(nèi)直接噴射，對缸內(nèi)的油氣混合過程提出了更高的要求，如同柴油機(jī)的霧化過程一樣，需要仔細(xì)匹配發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室和進(jìn)氣道的幾何參數(shù)，以及噴嘴和火花塞的位置。汽油機(jī)缸內(nèi)直噴為何在壓縮行程噴油？為何在壓縮行程噴油？ a. 氣缸內(nèi)的壓力很大，噴油壓力越大，SMD( 油滴的索特平均直徑)越小，

7、燃油蒸發(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(nèi)壓力增大，充量被強(qiáng)制壓縮，密度增大，油滴所受的阻力也增大，運(yùn)動(dòng)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(zhǔn)確而又有效地被噴射在活塞頂部凹坑內(nèi)，不向外擴(kuò)散，被迅速地加熱汽化，促進(jìn)空氣迅速卷入汽化的燃油中，形成可燃混合氣?；钊蛏线\(yùn)動(dòng)，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(shí)現(xiàn)混合氣的分層和超稀薄燃燒。2 2 均質(zhì)燃燒均質(zhì)燃燒1 大負(fù)荷，高轉(zhuǎn)速，翻板開2 進(jìn)氣行程噴油，形成均質(zhì)混合氣3 混合氣

8、混合充分4 無隔離空氣層 應(yīng)盡可能減少油束沾濕活塞和氣缸壁面，否則會(huì)導(dǎo)致HC排放增加，并且活塞壁面會(huì)向燃油提供汽化潛熱，從而喪失利用汽化潛熱冷卻缸內(nèi)充量以提高容積效率的機(jī)會(huì)。同時(shí)要求油束的穿透深度應(yīng)當(dāng)大一些，以便擴(kuò)大油束在氣缸內(nèi)的分布范圍，使其能有足夠的空間和時(shí)間讓燃油和空氣進(jìn)行混合，形成均質(zhì)充量。故此時(shí)應(yīng)將噴油提早到吸氣沖程的前期。不同不同燃燒模式的控制范圍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(qū)動(dòng)緩沖器1 下行，進(jìn)油2 上行，出油，入分配管3 計(jì)量閥早開，油回流達(dá)到軌內(nèi)壓力，計(jì)量閥打開，防止壓力升高

9、計(jì)量閥是一個(gè)斷電電磁閥 油軌：分配燃油到油嘴，提供容積容納波動(dòng)，儲(chǔ)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(chǎn)生強(qiáng)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(dòng)能直接轉(zhuǎn)化為水平的旋轉(zhuǎn)動(dòng)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噴嘴方案的比較方案的比較 A 多孔內(nèi)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(shè)計(jì)靈活,密封性差一些C內(nèi)開式旋流型噴嘴，燃油旋流腔，旋轉(zhuǎn)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

10、火花塞，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(nèi)產(chǎn)生有效的分層，并可保證當(dāng)整個(gè)燃燒室內(nèi)為稀薄混合氣時(shí)，火花塞周圍仍能形成可供點(diǎn)火的混合氣濃度。積碳，難以點(diǎn)火，不穩(wěn)定2 壁面控制燃燒系統(tǒng)。噴油嘴遠(yuǎn)離火花塞。噴油器在進(jìn)氣門一側(cè)，活塞凹坑的開口指向進(jìn)氣側(cè)，火花塞在中間， 采用具有特殊形狀的立式進(jìn)氣道，吸入的空氣通過立式進(jìn)氣道被強(qiáng)制沿氣缸壁向下流動(dòng)，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(jìn)氣道直立后，減少了進(jìn)氣阻力，提高了充氣效率，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)功率得到進(jìn)一步的增大。活塞頂面通常被設(shè)計(jì)成弧狀的曲線形，并在其上開有小型的球形燃燒室，產(chǎn)生的逆向翻滾氣流，將燃油蒸氣導(dǎo)向火

11、花塞，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(qiáng)，有利于燃燒的進(jìn)行。在燃燒過程后期，逆擠流使火焰?zhèn)鞑サ脚艢忾T一側(cè)。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(zhuǎn)化co和HC存貯硫及NOX還原NOX，硝酸鹽分解還原硫，650缸內(nèi)直接噴射是進(jìn)一步提高汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性的主要方向，也是汽油機(jī)技術(shù)向柴油機(jī)技術(shù)靠攏的一個(gè)步驟；稀薄燃燒的技術(shù)和缸內(nèi)直接噴射配合工作，可以大幅度降低汽油機(jī)的排放、改善其經(jīng)濟(jì)性。但是燃燒的穩(wěn)定性等問題需要達(dá)到保證。第46頁汽油機(jī)缸內(nèi)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(jìn)行壓縮

12、，增大進(jìn)行壓縮，增大氣體密度，從而，氣體密度，從而，增加每個(gè)進(jìn)氣沖增加每個(gè)進(jìn)氣沖程進(jìn)入燃燒室的程進(jìn)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(dá)到提高燃燒效達(dá)到提高燃燒效率、提高整機(jī)使率、提高整機(jī)使用經(jīng)濟(jì)性。用經(jīng)濟(jì)性。轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)至二十多萬轉(zhuǎn)，需要有轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速高達(dá)每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)至二十多萬轉(zhuǎn)，需要有單獨(dú)的潤滑油供應(yīng)管路，并為浮動(dòng)軸承提供油膜支撐。單獨(dú)的潤滑油供應(yīng)管路，并為浮動(dòng)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(dǎo)入機(jī)油以冷卻及潤滑軸承；2 使冷卻水流經(jīng)軸承外殼，以達(dá)到冷卻軸承與機(jī)油的目的中間

13、冷卻器：空氣經(jīng)增壓后溫度可達(dá)120，直接送入氣 缸，則動(dòng)力損失可達(dá)38%；將增壓氣體溫度降低至60，則動(dòng)力可提高20%。因此，增壓壓力較高的增壓系統(tǒng)，均會(huì)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(jìn)氣管下灰色機(jī)械式增壓空氣再循環(huán)閥增壓壓力限制閥(N75)：進(jìn)氣軟管上增壓壓力調(diào)節(jié)單元V.A.G1397A/V.A.G5051-01-08-115(三檔2000轉(zhuǎn)以油門全開加速絕對壓力1.6-1.7Bar)=V.A.G1397讀數(shù) (1)

14、排氣控制：當(dāng)增壓壓力超過膜片彈簧彈力時(shí)，旁通閥打開以泄壓 當(dāng)增壓壓力超過預(yù)設(shè)最大值時(shí)，電腦控制使電磁閥打開以泄壓，以免因增壓壓力過高而產(chǎn)生爆震。 （2）進(jìn)氣控制：萬一排氣旁通閥故障無法打開時(shí)，會(huì)使進(jìn)氣壓力超過規(guī)定。當(dāng)壓力超過0.53kgcm2時(shí)，進(jìn)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(dòng)機(jī)爆震。 魯茲式，兩個(gè)轉(zhuǎn)子，每個(gè)轉(zhuǎn)子上有二個(gè)或三個(gè)直線形或螺旋形的葉片。早期的魯茲式增壓器消耗動(dòng)力可達(dá)15，且耗油?；瑒?dòng)葉片式機(jī)械增壓器，低轉(zhuǎn)速時(shí)，可供應(yīng)所需的增壓壓力；中轉(zhuǎn)速至高轉(zhuǎn)速范圍時(shí)，僅能提供適度的增壓壓力。 螺旋式：公螺旋有4個(gè)凸面葉瓣，母螺旋有6個(gè)凹面葉槽，消耗的

15、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(jī)械增壓器。G型增壓器。位移器將進(jìn)氣流分成內(nèi)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(nèi)參與燃燒，降低氣缸內(nèi)氧氣的含量，從而抑止NOx的生成，達(dá)到改善排放的目的。主要在富氧的部分負(fù)荷時(shí)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(huì)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(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)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(jīng)過電磁閥引入進(jìn)氣管，參與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程。燃油蒸汽控制系統(tǒng)碳罐的結(jié)構(gòu)第71頁電控進(jìn)排氣門不僅可以實(shí)現(xiàn)排氣相位的柔性控制，還可以在此基礎(chǔ)上缸內(nèi)直接的廢氣再循環(huán)，實(shí)現(xiàn)可