汽油机缸内直接喷射技术 论文

汽油机缸内直接喷射技术

摘要:由于能源枯竭和环境污染情况日益严重,即使是多点燃油喷射这样的技术也不能满足人们的要求了,于是更为精确的燃油喷射技术诞生了,那就是汽油机缸内直接喷射技术。本文将对汽油机缸内直接喷射技术的类型、结构原理、存在问题等进行简要的论述。

关键词:缸内直喷类型结构原理存在问题

中图分类号:tk41 文献标识码:a 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0076-02

近年来,由于能源紧缺和环境污染问题的日益突出,汽车用发动机面临着越来越严峻的考验。目前为绝大多数汽车所采用的efi发动机已显出明显不足,主要由于混合气在进气门处形成,汽油雾化不完全、混合气质量欠佳,所以燃烧不充分冷启动排放和燃油经济性较差。汽油机缸内直接喷射系统则与efi系统迥然不同,该系统是将汽油直接喷射到气缸里,通过相应的控制手段,可以大大提高发动机的燃油经济性和动力性能,同时大幅度降低排放。

1 汽油机缸内直接喷射技术

汽油机缸内直接喷射技术,简称缸内直喷,顾名思义,就是把汽油直接喷射到气缸内。随着技术的发展,化油器被淘汰后,开始采用汽油喷射技术,按照喷射位置可以分为进气道喷射和缸内直接喷射两种。进气道喷射可以采用低压的喷射装置,是目前最常用的喷射方式,喷油嘴位于进气歧管的前方,汽油喷入进气歧管与空气混合

后再进入气缸。缸内直接喷射则更为先进,喷油嘴位于气缸内部,将汽油直接喷入气缸,与空气形成混合气,不过它需要较高压力的喷

射装置以及其它一些专门的零部件,成本要更高一点。

2 缸内直喷的类型及其特点

近年来,缸内直喷的发动机电控技术的研究与开发越来越受到

重视,其被认为是内燃机解决能源和环境问题的重要方向之一,国

内外许多研究机构和汽车厂商都致力于缸内直喷发动机的研究与

开发,并推出了各种装备缸内直喷发动机的汽车。

2.1 fsi

fsi是fuel stratified injection的缩写,它代表大众汽车的缸内直喷发动机。从理论上来说,采用fsi技术的发动机有至少两种燃烧模式:分层燃烧和均质燃烧,从上面3个英文单词来看,分层燃烧应该是fsi发动机的特点。分层燃烧的好处是热效率高,节流损失少,能把喷入缸内的汽油尽可能多的转化成能量。但是,目前大众汽车旗下的fsi发动机,都采用均质燃烧模式,分层燃烧以前在德国曾经用过,现在也取消了。因为分层燃烧采用稀混合气,虽然非常省油,但是却提高了缸内的温度,也提高了氮氧化物这种有害气体

的排放。在分层燃烧模式下,普通的三元催化器很难把氮氧化物转换干净,这就需要可以降低氮氧化物排放的催化转换器,由此带来

的成本已经超出了分层燃烧省油的好处,而且对排气系统的空间布置要求也更高。

取消了分层燃烧后,fsi发动机与传统的进气道喷射发动机相比,

仍然具有三大优势:均质燃烧具有非常好的动态响应能力,对车辆

的加速性能极有帮助;最大扭矩和功率都要比传统发动机高;可以

充分压榨每一滴汽油的能量,燃油经济性仍然十分出色,排放更为

清洁。在均质燃烧模式下,燃油蒸发效果更好,同时蒸发的吸热过程降低了混合气温度,使得发动机产生爆震的可能性大幅降低,因此

压缩比可以适当增加,这同样可以提高发动机的功率。

2.2 tsi

tsi是德国大众汽车集团旗下涡轮增压汽油直喷发动机的标识,它的字母缩写来源于两个方面,其中t代表的是turbo,即涡轮增压技术;si来源于fsi,代表大众汽车旗下采用缸内汽油直接喷射技术的发动机。从字面意思来看,tsi就是涡轮增压与汽油直喷的结合体,也可以把它理解成tfsi。所以tsi是一种极高效率的发动机形式,会是动力性与燃油燃油经济性的完美统一。

2.3 ecoboost

ecoboost是福特对于未来使用涡轮增压和缸内直喷两项技术发动机的总称。在传统汽油发动机的基础上,ecoboost发动机进一步添加了燃油缸内直喷、涡轮增压和双独立可变气门正时系统这三大关键技术优势,不仅保证了澎湃的动力输出,而且优化了燃油经济

性高达20%,并降低15%的二氧化碳排放。

2.4 sidi

通用将燃油直喷技术的代号称为sidi,是spark ignition direct injection的缩写,直译为火花点燃直接喷射技术。其实现

的原理和一般的直喷发动机并无二致。

2.5 cgi

cgi是stratified-charged gasoline injection的缩写,它代表梅赛德斯-奔驰的缸内直喷发动机,其中主要包含了缸内直喷技术和涡轮增压技术。与其他车厂的直喷技术相比,cgi技术还有一个最大的特点是采用了压电技术(piezoelectric)。由于目前的直喷发动机都存在分段控制模式,也就是低转速时使用分段多次喷射燃烧,而高转速下就不再使用,其主要原因是目前的喷嘴都是螺线圈电磁控制式,在高转速状态下,喷油时间要求极短,喷嘴响应速度并不适合太高转速。因此,奔驰开发了压电触发的喷嘴,也就是利用活塞在压缩冲程的压力,通过压力变形下的微弱电信号,经过放大电路放大后控制阀门开闭。压电喷射器百万分之一秒的时间反应,为喷嘴提供基本的多点分层喷射成为可能,在每次压缩短时间内,再分为多次喷射,特别是高转速下,也同样有分段喷射,从而得到更理想的稀薄燃烧,这对提高发动机燃烧效率是至关重要的。

2.6 gdi

gdi是gasoline direct injection的缩写,它代表宝马、丰田和三菱的缸内直喷发动机,它与其他一般的直喷发动机也无二致。

3 缸内直喷发动机结构原理

缸内直喷系统与普通电控喷射系统相比,其主要的区别是燃油供给系统。由于向气缸内直接喷射燃油,且喷射过程延续到发动机的压缩行程,所以缸内直接喷射系统必须通过一个高压燃油泵使提

供给喷油器的燃油压力达到10mpa以上。燃油供给系统可分为低压燃油系统和高压燃油系统两部分。

低压燃油系统主要由燃油箱、低压燃油泵、压力限制阀、压力保持阀、滤清器、低压油管、低压燃油压力传感器等组成,其主要功用是将燃油从油箱中抽出,并经过滤清器过滤后输送给高压燃油泵。发动机ecu根据低压燃油压力传感器信号控制燃油泵工作,来实现低压燃油压力的闭环控制,低压燃油泵工作压力为0.2mpa～0.5mpa。发动机熄火后,压力保持阀可使低压系统保持一定的残余压力,由于交通事故等原因导致燃油管破裂时,压力保持阀还可防止燃油溢出。压力限制阀可将低压燃油系统的压力限制在0.64mpa 以下,以防止低压管路内的燃油压力过高。

高压燃油系统主要由高压燃油泵、燃油高压调节阀、高压燃油压力传感器、高压油管和燃油分配管等组成。高压燃油泵将低压燃油泵输送来的燃油进一步提高压力后,通过高压油管和燃油分配管输送给喷油器;高压燃油压力传感器安装在燃油分配管一侧,用来检测燃油分配管内的燃油压力(即喷油器的喷油压力),并将信号输送给ecu;燃油高压调节阀安装在高压燃油泵上,根据ecu的指令调节高压燃油系统的压力。此外,通常在燃油分配管上也安装一个压力限制阀,当高压燃油系统压力超过12mpa,该阀开启通向低燃油系统的回油通道,以防止高压燃油系统压力过高。

4 缸内直喷发动机存在的一些问题

虽然缸内直喷发动机在动力性、经济性及排放方面有很多一般