第六讲发动机节能技术与装置

如图所示，表示了传统、非直喷稀燃和直喷稀燃 三种燃烧方式的排放特性和燃油经济性对比。
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1）传统燃烧方式
传统的汽油机在化学计量比附近工作，其燃油 经济性较差、排放污染较高。
通过采用高湍流和高能点火等技术，汽油机的 稳定燃烧界限可超过α＝17。
但是，随着α继续增大，均质混合气逐渐难以 点燃并且燃烧速度也减慢，造成燃烧不稳定和HC 排放回升，以致无法正常工作。
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3）滚流分层稀燃系统（滚流）
如图所示，是三菱公司在1991年开发成功的 MVV燃烧系统：
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工作原理：
在进气道中设置一薄的垂直隔板2，使进气在 气缸内形成三股独立的滚流；两侧的滚流全部是空 气，中间的一股是浓混合气，这样可以防止它们彼 此混合，使燃料和空气在压缩过程中维持分层，即 使在α ＝23～25时，也能保证在火花塞周围形成易 点燃的较浓混合气。
如图所示，是本 田公司提出的CVCC 燃烧系统：
有主、副两个燃 烧室（1和3）和两个 化油器，副室通过火 焰通道与主室相通。
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工作原理：
向主室供给α ＝20～21.5的稀混合气，而通 过辅助进气门5向副室供给少量浓混合气。
在压缩过程中，浓稀混合适当混合，在副室内 形成α =12.5～13.5的易于着火的混合气。
第六讲 发动机节能技术与装置
一、稀薄燃烧与缸内直喷技术 二、增压技术 三、燃油掺水节油技术 四、闭缸（断缸）节油技术 五、电子控制技术 六、火花塞二次空气导入环 七、磁化节油器
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一、稀薄燃烧与缸内直喷技术
当今汽油机的主流技术： 闭环电控燃油喷射系统加三效催化转化器，牺
牲了燃油经济性。 对汽油机的要求：
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2）轴向分层稀燃系统（涡流）
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工作原理：
首先通过进气造成强烈的进气涡流；进气过程 后期、进气门开启接近最大升程时，通过安装在进 气道上的喷油器将燃料喷入缸内；燃料在涡流的作 用下，沿气缸轴向产生上浓下稀的分层。
这种分层一直维持到压缩行程后期，以保证在 火花塞附近存在较浓的混合气。
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1）福特PROCO系统
PROCO 系 统 ， 已 有 20 年 以 上 的 历 史 ， 属 于 GDI稀燃方式中较早期的例子。
如图所示，汽油 经喷油器直接喷入燃 烧室内，喷油器两侧 各装有1只火花塞， 利用涡流和滚流进行 油气混合。
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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。
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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 的充量分层和混合气均质化。
在汽车以40km/h等速行驶时，比普通汽油机 节油13%。
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4、缸内直喷式稀薄燃烧方式
汽油机的缸内直喷式燃烧（GDI，Gasoline Direct Injection)， 最早应用于航空发动机。
从20世纪40年代开始，欧、美、日等国的一 些汽车公司推出了一些各具特色的方案。
火花塞首先点燃副室中的混合气，由副室喷出 的火焰点燃主室的稀混合气。
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优点：
NOx排放量较低，仅有一般汽油机的1/3；HC 和CO的排放量也较低。
缺点：
燃油经济性不佳，并且结构和控制过于复杂。
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CVCC实际上是一种分区燃烧方式，具有一定 的代表性，围绕这种主、副燃烧室式稀燃系统的研 究工作仍在进行。
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3）缸内直喷式燃烧方式
－是一种类似于柴油机的非均质混合气燃烧方式。 在空燃比很稀时，可在接近点火的时刻才开始喷油， 加上组织合理的混合气运动，使火花塞周围的浓混合 气来不及变稀就被点燃。
显然，这只能用缸内直接喷射方式才能实现。
目前，已商品化的缸内直喷式汽油机可在α＝ 25～50范围内稳定工作，加之进气阻力的进一步减 小，燃油消耗率较传统汽油机可改善20%以上。
但是，直到1995年以后，才使GDI稀燃系统 实用化。
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GDI燃烧系统的分类
通常GDI燃烧系统可根据主宰混合气生成的机 理分成三类： 油束控制燃烧系统 壁面控制燃烧系统 气流控制燃烧系统
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油束控制燃烧系统
在油束控制的燃烧系统中，喷油器安装在气缸中央，火 花塞必须布置在喷油器附近。
一类是，非直喷式汽油机，包括均质稀燃和分 层稀燃式汽油机，即使采取一些特殊措施，一般只 能在α＜25的范围内工作；
另一类是，缸内直喷式汽油机，可在α＝25～ 50范围内稳定工作。
注意：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。
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2、不同燃烧方式的性能对比
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3、非直喷式稀薄燃烧方式
实现汽油机稀薄燃烧的关健技术是使浓稀不同 的混合气合理分层，分层住往是通过不同的气流运 动和供油方法实现的。
从70年代起，人们就开始在化油器式汽油机上 进行分层稀薄燃烧的尝试。
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1）CVCC燃烧系统(Compound Voltex Controlled Combustion)
降低排放和节约能源两者同时兼顾。 措施：
高压缩比、稀薄燃烧和快速燃烧。
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1、稀燃汽油机分类
汽油机的燃烧系统可分为化油器式、进气道喷 射式、缸内直接喷射式三种类型：
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所谓稀薄燃烧汽油机是一个范围很广的概念， 只要α＞17，就可以称为稀薄燃烧汽油机。
为了叙述方便，在此将稀燃汽油机分为两类：
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2）分层充气燃烧方式
采用分层充气燃烧，可以提高燃烧界限，并保 证即使在平均空燃比α＞20的条件下火花塞周围也 能形成易于着火的浓混合气，而在周边区域是较稀 混合气或空气。
如图所示，分层燃烧的汽油机可稳定工作在α ＝20～25的范围内，燃油消耗率降低13％左右， NOx也有显著降低。