汽车稀薄燃烧与缸内直喷技术

SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity现代轿车技术－汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术上海交通大学内燃机研究所SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity稀薄燃烧的背景目前世界各国均面临着温室效应引发的全球气候变暖，以及石油资源渐趋枯竭的双重压力。将过量空气系数从λ＝1左右提高到且远超过1.1的水平，可以降低发动机油耗并改善CO2排放，这就是稀薄燃烧。过稀的混合气会给燃烧带来麻烦。主要的问题有点燃困难、燃烧不稳定、催化转化器的NOx转化效率下降等问题。SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity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。SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversityMAN燃烧系统射流燃烧室SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity•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。SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversityTCCS燃烧系统本田CVCC燃烧系统SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity•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SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversityGDI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。SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversitySchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity2.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。SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity滚流与涡流（TumbleandSwirl）TumbleSwirlSchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity3.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。SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversityGDI（产品）目标SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversitySchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversityGDI的两种工作模式SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversityGDI空气流动SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversityGDI中油束的扩散SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity燃料经济性的改善SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity增加充气效率SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity增加压缩比SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity功率变化