汽車發(fā)動機新技術的論文

發(fā)動機新技術---缸內直噴式姓名：吳山林學號：5902111009班級：熱能111近年來，當代汽車汽車飛速開展，汽車新技術不斷涌現和應用，帶動汽車性能不斷改善。下面就現代缸內直噴式汽油機進行簡單介紹。汽油機的開展經歷了100多年的漫長歷史，其中具有里程碑意義的開展階段無不是以油氣混合方式和機理的變遷為標志的。早期的化油器式汽油機依靠化油器喉口氣流流速增加所產生的真空度將汽油吸出被高速進氣空氣流霧化以及汽油油滴本身的蒸發(fā)而與空氣形成可燃混合汽。油氣混合比(空燃比=進氣空氣質量/燃油質量)取決于化油器喉口的設計和量孔直徑，負荷的調節(jié)是由節(jié)氣門的開度來調節(jié)進入汽缸的油氣混合汽量來實現的，因此屬于混合汽外部形成的量調節(jié)方式，且沒有任何反應控制。由于汽油-空氣混合汽能在相當寬的空燃比范圍內點燃，這種不太精確的控制對早期汽油機的正常運行并不存在什么問題。但是，隨著世界工業(yè)化的開展，汽車成為不可或缺的主要交通工具，而作為汽車主要動力的這種化油器式汽油機廢氣中的有害成分(CO、HC和NOX等)對大氣造成了污染，而燃燒產物二氧化碳又產生“溫室效應”導致全球氣候變暖。隨著汽車數量的與日俱增，對人類生存環(huán)境的危害日趨加劇，因此汽車的節(jié)能減排已成為全球刻不容緩需要解決的重要問題。汽油缸內直接噴射從油氣混合機理上可以解決變工況(如車輛加速時)和冷啟動時油氣混合缺乏的問題。早期的缸內直噴式汽油機因噴射技術水平的限制，噴霧油滴的直徑約為80μm。計算說明，一滴這樣大小的油滴在200℃空氣中需要大約55ms才能完全蒸發(fā)。如果發(fā)動機的轉速為1500r/min的話，這段時間相當于495°CA(曲軸轉角)。顯然，蒸發(fā)時間過長，在這種情況下油氣混合不能主要依靠噴霧來實現。隨著汽油噴射技術的進步，現代缸內直噴式汽油機應用的汽油泵的供油壓力已到達5～12MPa，又采用帶旋流的噴油嘴，霧化性能得以提高，噴霧的油滴直徑約為20μm，噴霧錐角可達50～100°，常壓下的貫穿度約為100mm。此時一滴20μm的油滴在上述同樣情況下僅需3.4ms或31°CA就能完全蒸發(fā)，因而汽油的蒸發(fā)和與空氣的混合可主要依靠噴霧來實現，再加上缸內空氣運動的輔助，變工況(如車輛加速時)和冷啟動時不再需要過量噴油，冷啟動噴油量得以大大減少(圖1)，有害物排放也將大為降低。同時，由于汽油直接噴入汽缸內，消除了進氣道噴射時形成壁面油膜的弊病，特別是在發(fā)動機尚未暖機的狀態(tài)下，因而能改善變工況時對空燃比的控制，不但能改善車輛的加速響應性，而且還能降低此時的有害物排放。。圖3示出了現代汽油機各種技術改良措施的節(jié)油潛力。可以清楚地看出，作為單一措施汽油缸內直接噴射蘊藏著最大的節(jié)油(即降低CO2排放量)的潛力。這種效果一方面是由于發(fā)動機的無節(jié)流運行降低了換氣損失，另一方面由于充量分層運行，燃燒在燃燒室中央進行，周圍有隔熱的空氣層而減少了壁面熱損失，同時全負荷時的爆震傾向降低，因而發(fā)動機能夠以較高的壓縮比運行。這些措施在發(fā)動機整個特性曲線場范圍內對燃油耗都起到了有利的作用。而燃燒室內的充量運動也使得在以化學計量比混合汽運轉的范圍內具有較高的EGR兼容性，因而在該運轉范圍內也能夠獲得節(jié)油效果。綜上所述，無論是從節(jié)能和減排的角度，還是從提高汽油機動力性能的角度來看，現代缸內直噴式汽油機在進氣道噴射技術的根底上，又將汽油機技術向前推進了一大步，從而成為世界汽油機開展歷史上又一個重要的里程碑，不言而喻同樣是我國汽車汽油機的重要的開展方向。以上海群眾EA888發(fā)動機為例，說起EA888，可謂群眾的明星發(fā)動機。群眾在中國一直以來背負著“桑塔納發(fā)動機用30年”的王八殼子，就是EA888給揭掉的。先進的直噴渦輪增壓技術，全球最正確發(fā)動機的頭銜讓群眾從一干自然吸氣引擎〔NA機〕中脫穎而出，揚眉吐氣。值得一提的是，在外國群眾汽車中搭載的EA888引擎還帶有稀燃技術以進步降低油耗，但在引入中國后被群眾閹割。EA888的身上具備了多種群眾潛心研究多年的核心高科技，其核心的核心就是缸內直噴技術。普通自然進氣發(fā)動機，燃料和空氣的預混合是在進氣歧管內的，油壓〔汽油〕只有3bar左右。等到活塞沖程下行吸氣，預混合的混合氣進一步混合，在燃燒室的高溫下進一步霧化，以到達更好的空混比，最后被火花塞引燃推動活塞。這樣產生的油氣混合物的濃度，氣缸各個不同部位的油氣混合比很難做到精確的控制，燃燒效率無法提高的很多。而缸內直噴顧名思義就是把燃油以極高的壓力使其霧化噴入缸內，它不同于自然吸氣發(fā)動機，將汽油直接噴入缸內，這里沒有進氣道的預混合，且進氣壓力比非渦輪的要大，能到達更精確的混合比，更好的控制氣缸內的混合物的濃度和分布，提高燃油效率和扭矩。但是普通油泵3bar噴油壓力是無法直接噴入缸內的，就算噴進去，也來不及混合無法點燃，換句話說就是無法工作的。這中間就需要一個特殊的部件——共軌高壓油泵。所謂高壓油泵主要的作用就是產生高壓油；采用三個徑向布置的柱塞泵油元件產生高壓油。低壓燃油泵〔3-6bar)將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓至100-150bar送入高壓油軌，最后由共軌油嘴噴入氣缸，完成一個燃料的傳遞和加壓工作，根據群眾EA888引擎官方設計文檔，高壓共軌泵的正常工作壓力為725.1psi(50個大氣壓)到2175.5psi(150個大氣壓)，極限承壓200個大氣壓！事實上，最早把燃油加壓噴入，以獲得油氣混合物實現充分燃燒的設計，并非出現在汽車上。而是來自于美國波音公司幻影工作室——這個專為國防部設計炸彈的工作室發(fā)現，普通炸藥之所以威力總比設計時候的小，原因就在于炸藥無法和空氣充分燃燒。如果在炸彈爆炸瞬間，先釋放出高壓油氣混合物〔被稱作云爆劑〕，再點燃，那就就能獲得比常規(guī)武器威力大得多的炸彈。1公斤云爆劑就相當于3.2公斤TNT炸藥的威力。根據這一原理，美軍設計出了被稱作炸彈之母(MOAB)的“掩體粉碎機”云爆彈。1991年2月13日下午4點，伊拉克巴格達阿米里亞防空洞?；糜肮ぷ魇以O計的“掩體粉碎機”穿透幾十米的地面和鋼筋水泥墻體，將防空洞炸出一個大洞，火光伴著爆炸產生的巨大壓力把人體撕成碎片甩到墻壁上。五分鐘后，第二顆“掩體粉碎機”從炸開的大洞直接鉆進防空洞內，劇烈的爆炸產生沖天大火，將燒焦的尸體在墻壁上形成人形圖案。大火造成4500度的高溫，轉眼間把沒炸死的老人、孩子燒成灰燼。防空洞的自動滅火裝置自行啟動，噴出了高壓水龍，大水瞬間被高溫加熱至沸騰，將防空洞下一層受傷的人全部燙死。既然油氣混合物能有如此驚人的殺傷力，那在汽車上引入顯然也會獲得更高的動力和更省油的表現。根據云爆彈原理，群眾為高壓泵設計了一個非常精巧的結構，通過進氣閥的凸輪軸來為油泵提供動力，這樣很好的解決了油泵和進氣閥之間的正時問題，也提高了燃油效率；同時作為一個純機械的結構，這個高壓泵具備了非常高的可靠性，群眾〔博世〕甚至還設計了一個內部保護回路防止油壓過高?？上У氖牵罕姾筒┦赖脑O計盡管確保了機械自身的可靠性，但高壓燃油軌(Rail)里的高壓燃料是無法保護的，為了保證發(fā)動機運轉的順暢性，燃油軌中必須保持一定的壓力。這個在平時是沒有問題的，問題就出在了碰撞上。當發(fā)動機受到巨大的外力撞擊時，位于發(fā)動機前部的高壓共軌噴射系統(tǒng)就成了發(fā)動機首先受到撞擊的局部。未來汽車