发动机燃油供给技术

发动机燃油供给技术目录曲轴箱强制通风系统（PCV）废气再循环系统燃油蒸发排放控制系统分层燃烧与缸内直喷二次喷射一、曲轴箱强制通风系统曲轴箱强制通风系统（PCV）已成为汽油机必须采用的系统。活塞、活塞环、气缸构成的气体密封系统，窜气不可避免。窜气量相当于气缸总排量的0.5%～1.0%。其中含有大量未燃、不完全燃烧的CxHy和少量的CO等有害物质。1.1曲轴箱窜气后果1、稀释和污染机油，其润滑性能下降；2、生成酸类，腐蚀机件；3、曲轴箱内的压力升高，还会造成密封处泄露和降低发动机的转速；4、加速机油的老化。把曲轴箱排放物吸入进气管，在气缸中烧掉是很有必要的。新鲜空气先经空气滤清器、通风管进入曲轴箱中与窜气混合，在进气管真空作用下经过PCV阀进入气缸进行燃烧。PCV阀作用：根据发动机工况变化自动调节进入气缸的曲轴箱气体数量。结构：由阀体、阀门、弹簧组成，不可分解。当发动机不工作时，弹簧弹力将阀体压紧在阀座上，曲轴箱与进气管的通路关闭。阀座PCV阀实物及安装位置1.2系统的工作1、发动机不工作时2、怠速或减速时3、在正常行驶时4、在大负荷下工作时5、当发动机回火时1、发动机不工作时2、怠速或减速时3、在正常行驶时4、在大负荷下工作时二、废气再循环系统废气再循环（EGR：ExhaustGasReturn）是指把发动机排出的部分废气回送到进气管，并与新鲜混合空气一起再次进入气缸。EGR系统是降低废气中的氮氧化物(NOx)的主要措施。2.1EGR对NOx排放的影响主要体现在以下几个方面：1）稀释效应:循环废气替代了一部分新鲜空气，使得原有的新鲜充量减少的氧气浓度降低。氧气浓度降低后，一方面，燃料的焰前化学反应和燃烧反应速度都将降低，也就是着火滞燃期和燃烧持续期延长;另一方面，氮气与氧气接触的机会也减小，这样可以极大地降低NOx的生成量2)热效应:再循环废气中的CO2和H2O是三原子分子，具有较高的比热容，能比空气吸收更多的热量；工质总热容增加后吸收等量的燃烧放热时工质的温度变化较小，这有助于解决在EGR量较大时控制燃烧速度、防止压升率过高等问题。3)化学效应:在高温下，废气中CO、水蒸气会发生裂解，裂解是一个高的吸热过程，会吸收一部分燃烧热量，使得缸内峰值温度降低，这样会减少因峰值温度过高而造成对NOx排放的影响。2.2EGR率EGR率对发动机动力性、经济性的影响1、EGR率对NOX的影响2、EGR率对燃油经济性的影响3、EGR率对汽油机净化与性能的影响2.3目前EGR技术主要存在问题①、采用后EGR系统后,若EGR率控制不当,极易造成柴油机经济性恶化,其它排放污染物和烟度的增加;②、在低负荷时,EGR将影响柴油机的工作稳定性;③、在高负荷时,EGR将影响柴油机的动力性;④、EGR中颗粒可能造成柴油机活塞环、气缸套等零部件磨损加剧和对机油的污染,进而可能影响柴油机的可靠性和寿命;⑤、废气温度过高,会影响柴油机的充气效率,并会有降低燃烧温度的效果;⑥、各缸EGR分配均匀性和瞬态响应性不宜同时兼顾。2.4EGR设计控制原则(1)由于NOX排放量随负荷增加而增加，因而EGR量亦应随负荷的增加而增加。(2)怠速和小负荷时，NOX排放浓度低，为了保证稳定燃烧，不进行EGR。(3)在发动机暖机过程中，冷却水温和进气温度均较低，NOX排放浓度也很低，混合气供给不均匀，为防止EGR破坏燃烧稳定性，冷机时不进行EGR。(4)大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性，此时虽温度很高，但氧浓度不足，NOX排放生成物较少，通常也不进行EGR或减少EGR率。(5)为了实现EGR的最佳效果，需保证再循环的排气在各缸之间分配均匀，即保证各缸的EGR率一致。2.5可选择的几种EGR驱动方式真空驱动EGR液压或气动EGR比例电磁铁EGR步进电机EGR直流电机直线运动菌阀EGR直流电机旋转碟阀EGR真空驱动EGR阀真空驱动EGR阀:利用发动机所带真空泵为真空源,电子真空调节阀调节膜片室真空度控制阀门动作.作用力大,可承受较高温度,成本较低,但反应速度较慢,一般开启时间600ms,只能满足欧III以下的排放要求.比例电磁铁驱动EGR阀平衡双阀步进电机驱动EGR阀直流电机驱动EGR1,独特驱动机构,反应快.2,冷、热端均可安装.3,驱动力大,有效密封.4,可单阀,可双阀.5,结实耐久,防阀杆刮伤.6,尺寸小,成本低.优点国内主要发动机配EGR的效果江铃4JB1发动机整车排放实验皮车2驱整备质量：1570轮胎型号：215/70R15C排量：2.77L功率：68kw主传动比：3.9变速箱：3.612.081.3610.83污染物原车排放后处理后排放（+EGR）备注CO0.310.41力达排放试验室HC0.060.061NOX2.1090.56CO2195197PM0.0420.048国内主要发动机配EGR的效果全柴4D18F配长安箱式轻卡整备质量：1530排量：1.8L功率：40KW主传动比：4.306变速箱：5.3755.17，2.88，1.645，1.0，0.839,污染物原车排放后处理后排放（+EGR）备注CO0.3280.529重庆汽车工程研究院HC0.16120.093NOX1.650.55CO2224222PM0.0350.048国内主要发动机配EGR的效果四达488配中兴皮车整备质量：1700排量：2.4L功率：60KW主传动比：4.3变速箱：3.612.081.3610.83污染物原车排放后处理后排放（+EGR）备注CO0.5150.626力达排放试验室HC0.0330.044NOX1.5350.605CO2167176PM0.0420.054三、燃油蒸发排放控制系统为了防止汽油在行驶中因震荡而溅出，油箱必须密封。一方面，随着汽油输出，油液液面降低，油箱内将形成一定的真空度，使汽油泵失去吸油能力。另一方面，在外界温度高的情况下，汽油蒸汽过多会使油箱内压力过大。因此，必须要求油箱能和大气相通。同时，在多点喷射的场合也受到从喷油嘴带回的大量热量的回油的加热，造成温度上升而产生较多的燃油蒸汽，如不加以控制，产生的CxHy的量可超过CxHy总排放量的20%。这部分系统由蒸发排放电子控制系统完成。系统由碳罐、碳罐清洗阀和相关的管路构成。碳罐收集燃油蒸汽，清洗气流将排放物经清洗阀导入进气歧管。清洗气流的量要根据工况进行控制。作用：回收燃油蒸汽进入发动机气缸燃烧，减少排放，节约燃油。过程：燃油箱的蒸汽经蒸汽管道进入活性碳罐，当满足一定条件，ECU控制碳罐电磁阀打开时，空气自碳罐底部进入，经碳罐、真空软管，进入进气管。ECU控制碳罐电磁阀打开的条件：发动机启动已超过规定的实际，冷却液温度高于稳定值，怠速触点打开，发动机转速高于规定值。四、分层燃烧与缸内直喷均质燃烧VS分层燃烧以往的汽油机采用的工质是较浓的、空燃比变化在非常狭窄的范围内（A/F=12.6-17）的均质混合气。这样的系统有以下缺点：1、汽油机功率变化时，混合气浓度必须在着火界限内，使空燃比不可能变化很大，这就决定了汽油机功率不可能用变质调节，而只能用进气管节流的变量调节。由于节流引起叫道的泵吸损失，造成低负荷的经济型较差。2、较浓的混合气要比较稀的混合气容易引起爆燃。3、汽油机始终以着火界限内的混合比工作，使热效率低，如果能以稀混合气工作，可提高循环的热效率。与化学计量比14.8比较。如采用空燃比20和27工作，发动机的热效率将相应提高8%和12%。4、排气污染严重。汽油机排气中的有害成分（CO、HC、NOx）的数量与混合气的浓度有密切关系。为合理组织燃烧室内的混合气分布，即在火花间隙周围分布形成具有良好着火条件的较浓混合气，空燃比在12-13.4左右，而在燃烧室的大部分区域是较稀的混合气。为了有利于火焰的传播，混合气浓度从火花塞开始由浓到稀逐步过渡，这就是所谓的分层燃烧系统。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。几种典型的稀薄燃烧系统：•均质稀混合气燃烧：这种燃烧方式主要是通过提高压缩比、改进点火系统以及加强混合气的紊流等来实现的。有代表性的几种均质稀混合气燃烧系统有梅型火球燃烧室、射流燃烧室等。MAN燃烧系统射流燃烧室•分层稀混合气燃烧这种燃烧方式主要是通过控制混合气的浓度分布来实现的，其在火花塞附近混合气比较浓，空燃比约为12～13，保证可靠的点火，在其余大部分区域混合气较稀，空燃比在20以上。分层充气燃烧系统主要有三种：1.直喷式分层燃烧系统，如Texaco公司的TCCS、Ford公司的PROCO及日本SatoshiKato等人提出的OSKA2.分隔式燃烧室分层燃烧系统，如本田公司的CVCC3.轴向分层燃烧系统，如美国M.R.Showalter首先提出充量轴向分层的概念，随后A.A.Quader等人对轴向分层充气发动机进行了进一步的研究。三菱公司则推出了基于这一概念的4气门滚流分层发动机。天津大学提出的在5气门发动机上采用进气道二次喷射亦很好地实现了该方式的稀燃，并取得了较好的效果。TCCS燃烧系统本田CVCC燃烧系统•混合燃烧混合燃烧方式是将发动机分为高负荷和低负荷区，在低负荷区使用分层燃烧，在高负荷区仍然利用常规燃烧。1995年三菱公司研制成功的GDI发动机首次实现了混合燃烧。三菱公司GDI发动机在低负荷区的空燃比达到30～40，高负荷区的空燃比为13～14。三菱的GDI燃烧系统丰田的GDI燃烧系统GDI汽油机的结构•高压喷油系统可以说是直喷发动机最关键的系统，直喷发动机是用高压喷油嘴将燃油喷入汽缸，由于汽缸内压力已经很大，因此需要喷油系统具备更大的压力。•高压喷油系统主要可以分为发动机控制模块（ECM）、高压油轨、高压油泵和喷油嘴四部分高压喷油系统部件控制模块（ECM）高压油泵高压油轨喷油嘴GDI燃烧系统通常可按主宰混合气生成的机理分成三类1.油束控制锥型油束直接将燃油送往火花塞，在油束控制的燃烧系统中，喷油器安置在气缸中央，火花塞必须布置在喷油器附近，油束的空气利用率依靠油束的穿透深度保证。油束和火花塞相距太近，可供混合气生成利用的时间太短，液态燃料会润湿火花塞，缩短火花塞寿命。该系统未能投入批量生产。2.壁面控制燃烧系统在壁面控制的燃烧系统中，喷油器和火花塞相隔较远，喷油器将油束喷到活塞凹坑中，然后油气流将燃油送往火花塞。为了避免温度过高，喷油器不应布置在排气侧而应在进气侧，活塞凹坑的开口也指向进气侧。滚流与涡流（TumbleandSwirl）TumbleSwirl3.气流控制燃烧系统在气流控制的燃烧系统中，利用轮廓分明的缸内气流与油束相互作用，在发动机的大部分工况范围内都能实行恰当的充量分层。GDI（产品）目标GDI发动机的优点1、缸内直喷技术提高充气效率，因此在同样的最大扭矩和最大功率的情况下，汽油机的排量可相应减少些；2、GDI发动机可解决进气道喷射式发动机冷启动时高碳氢化合物排放的问题；3、GDI发动机可以不再使用节气门来调节复合，而是利用缸内空燃比的变化来达到发动机的工况要求，这避免了节流损失，并提高了发动机在部分负荷时的容积效率，燃油经济性也随之得以改善；4、GDI发动机直喷时，油滴蒸发主要依靠从空气中吸热而非从壁面吸热，混合气温度和体积将下降，这就使得其充气效率得以提高，同事爆震倾向大为降低。GDI的两种工作模式GDI中油束的扩散燃料经济性的改善增加充气效率增加压缩比功率变化五、二次喷射系统系统5.1二次空气喷射系统的功用二次空气喷射系统AI（AirInjection）1、功用（1）在某些工况下，将一定量的新鲜空气送入排气管中，使废气中的CO和HC进一步氧化，从而降低CO和HC的排放量。（2）加速氧传感器的升温。5.2控制实质向废气中供给额外的空气，增加氧含量，使废气中因未充分燃烧而产生的CO和HC在高温下再次燃烧，生成CO2和H2O，达到排气净化的目的。（1）二次空气喷射系统一般与三元催化转换器配合使用。（2）二次空