汽油机缸内直喷与均质压燃技术

汽油机缸内直喷与均质压燃技术
前言：
点燃式汽油机经历了三个发展阶段；直到1980年前的一百多年中，所有的产品汽油机都依靠化油器来实现油气混合。

从上世纪80年代初以后，汽油进气道喷射或进气阀口喷射（电喷）很快代替了化油器，成为汽油机的主流。

电喷的应用与排气后处理的结合大幅度地降低了有害气体的排放，成为达到日趋严格的排放标准的关键手段。

大约从1990年前后开始，汽油缸内直喷技术又重新引起人们的重视。

并最终导致了产品直喷汽油机的出现。

最先投入市场的缸内直喷汽油机采用了分层燃烧以降低油耗，从1996开始出现在日本市场，其后又出现在欧洲市场。

到目前为止，尽管已有多种分层燃烧缸内直喷汽油机出现，所占的市场份额仍不够大，也未能在美国市场销售，其主要原因包括氮氧化物后处理和碳烟生成等问题仍有待于更妥善地解决。

在2003年底，采用均匀混合燃烧的缸内直喷汽油机开始在日本上市，并计划从2005年开始在美国上市。

这种汽油机利用了直喷技术所带来的优点并采用可变气阀定时来降低泵气损失，避免了氮氧化物后处理和碳烟生成等问题，对汽油的含硫量要求不高。

尽管如此，由于两类缸内直喷汽油机对降低车辆在整个运行工况平均油耗的作用都有限，以及近年来更有潜力的新型燃烧系统的出现，缸内直喷点燃式汽油机的发展方向和应用前景尚不明朗。

近年来，一种新的内燃机燃烧方式——均质压燃，受到越来越多的内燃机研究人员的关注。

与其它燃烧方式不同，均质压燃的燃烧过程是缸内混合气几乎同时到达自燃温度而几乎同时发生的放热反应，基本上是一个非扩散的燃烧过程。

均质压燃可以在非常稀的混合气中进行，从而可以大幅度地降低氮氧化物和碳烟的生成，并提高热效率。

均质压燃燃烧系统可以使用包括汽油和柴油在内的不同燃料。

由于燃油的挥发性和自燃温度的不同，使用不同燃油的均质压燃燃烧系统也不同。

采用柴油均质压燃的主要目的，是同时降低氮氧化物和颗粒排放，对柴油机的热效率影响不大。

汽油采用均质压燃的主要目的，是降低汽油机的油耗，同时也降低较难进行后期处理的氮氧化物排放。

汽油均质压燃成为各国汽油机燃烧系统最热门的研究方向，希望能从根本上改变汽油机热效率低的状况。

具有解决汽油机热效率低问题的能力
①车辆的几何轴线是车辆的实际推力线，它是车辆后轴前束的角平分线。

②当车辆后轴变
形，后轴前束发生变化，都会使推力线方向发生变化。

③如果车身变形过大，车轮定位并不能解决所有问题，应该先做大梁矫正再做四轮定位；④驱动角是由后轴的前束、横向偏移和轴偏位产生，调整时应先调整后轴，再调整前轴。

⑤前轴前束是根据后轴前束形成的几何轴线进行调整的。

①进行定位前检查1）检查轮胎气压，调整至规定压力2）检查车身高度3）检查车轮轴承间隙，必要时则更换前轮轴承。

4)检查轮辋及轮胎的状态。

5)检查转向传动杆系及球节头的松动程度。

•将车停放于水平地面并且不带行李或人。

•检查车轮，检查前悬挂松动程度。

•检查减振器能否正常运作。

②将车辆安装到定位架上③摇动车辆前部和后部④调整顺序是先调整后轴再调整前轴。

⑤对于单个轴，先调整主销后倾角和外倾角，再调整前束角。

⑥其原因是调整主销后倾角时会使前束角度变化。

⑦调整前束时不会影响主销角度和外倾角。

分析循环波动的产生原因及影响因素，进而可找出改善措施。

（1）过量空气系数α的影响
一般丸α＝0.8～1.0（最易点燃和燃烧的范围）时的循环波动率最小，过浓或过稀都会使循环波动率增大，这也是稀薄燃烧汽油机遇到的主要问题。

（2）油气混合均匀程度有重要影响，而适当提高气流运动速度和湍流程度可改善混合气的均匀性。

（3）残余废气系数过大．则循环波动率增大，除合理控制残余废气量之外，通过燃烧室合理设计和组织扫气以防止火花塞周围废气过浓也很重要。

（4）发动机工况不同则循环波动率不同．一般低负荷(α会增大)和低转速（湍流程度会降低）时循环波动率增加。

（5）提高点火能量或采用多点点火可降低循环波动率。

如日产公司曾在NAP8—Z型发动机上采用双火花塞点火，使循环波动率由11％下降至4％，燃油消耗率
b降低10％左右。

e
本田公司在其0.7 L和1．3 L发动机上采用双火花塞(见图8-17)后，降低油耗3％～5％。

Romeo 公司也在1.8L发动机上采用了这项技术。

双火花点火的问题主要是在4气门气缸盖上设置困难，因而目前应用实例较少。

①防止燃烧室温度过高，如降低压缩比和减小点火提前角等。

②合理设计燃烧室形状，使排气’：裙火花塞等处得到合理冷却，避免尖角和突出部
③选用低沸点汽油，以减少重馏分r如芳香烃等)形成积炭。

④控制润滑油消耗率，因为润滑油容易在燃烧室内形成积炭，同时应选用成焦性较小的润滑油。

⑤有些汽油和润滑油添加剂有消除或防止积炭作用。

⑥提高燃料中抗表火性好的成分．如异辛烷等。

一、什么是四轮定位：
ϕ
发动机的运行情况(简称工况)是以其发出的功率P e 和转速n 来表示。

此功率、转速应该与发动机所带动的工作机械要求的功率、转速相适应。

只有当发动机发出的扭矩与工作机械消耗的扭矩相等时，两者才能在一定转速下按一定功率稳定工作。

如图8-1所示，T R 曲线为工作机械所消耗扭矩随转速的变化，tq T 曲线是发动机油量控制机构一定时，扭矩随转速的变化，此时发动机只能在T tq 、T R 曲线相交的A 点，即扭矩RA tqA T T =，转速为A n 的工况下稳定工作。

然而，工作机械阻力矩和转速是会变化的，其变化规律取决于不同用途。

例如，工作机械阻力矩增加，如图中T R 曲线，若发动机油量控制机构不变，则其转速就要降低，直至T tq 、T R 曲线相交的B 点，，即扭矩RB tqB T T =，转速为B n 时才达到新的平衡，发动机再次稳定工作。

可见，由于稳定工作必须满足扭矩相等的条件，当工作机械阻力矩或转速变化时，就引起发动机与之配合的运行工况发生变化，因而发动机工况变化规律与所带动的工作机械的工作情况有关。

根据内燃机的用途，其使用条件大致可分为以下三类。

第一类工况：发动机转速不变，而功率改变。

例如，发电用发动机正常起动后，为使其工作稳定，要求发动机转速基本恒定。

功率随电机负荷大小，从零直接变到最大，没有固定的规律性，但要使发动机转速不变，才能确保输送的频率稳定，那么在工况图上会出现一条垂直线(图8-1中的曲线1)，称为线工况。

第二类工况：功率与转速的关系类似于三次幂函数，3Kn P e ，K 为比例常数。

船用机就是这类发动机，因为它是带动螺旋桨工作，故称螺旋桨工况或推进工况，也是线工况。

如图8-1中曲线2所示。

这样，发动机功率与转速之间呈现一种有规律的变化。

第三类工况：发动机功率和转速都独立地在很大范围内变化，它们之间没有特定的关系。

驱动汽车等陆上运输车辆时，都属于此类。

其运行情况是：转速决定于行车速度，可以从最低稳定转速一直变到最高转速。

扭矩取决于行驶阻力，在同一转速下，可由零变到全负荷。

当需要发动机制动时，如汽车下长坡，发动机是由底盘倒拖而做负功，运行工况由图8-2中的阴影线面积表示。

上边界线A 是不同转速下的发动机所能发出的的功率最大值(曲线3)；左边界线C 为发动机最低稳定工作的转速限制线；右边界线B 为发动机最高转速限制线，下边界线D 是汽车熄火，外力倒拖发动机的工况线，称为倒拖功率。

发动机在这样一个面区域内工作，这就是车用发动机在路面行驶过程中会遇到的工况。

至于汽车用发动机功率和转速的具体变化情况，则因汽车种类和使用条件而异。

一般说来，汽车在平坦路面上，尤其在城市公路行驶时，起动和制动频繁，发动机经常在部分负荷的中、低速和怠速情况下工作，而很少在满负荷下以最高车速行驶，因此发动机仅偶而以最大功率工作。

长途运输车高负荷、高速行驶情况较多，例如车辆在高速公路上行驶，长时间高速连续行驶的情况就大大增加了。

拖拉机柴油机为保证耕作质量，常在选定的某一转速下工作，且由于生产率需要，使用 的负荷也较高，经常是全功率的85％左右，更因土壤组织不均匀以及土中有杂草、茬根等，牵引阻力有很大的波动，此时柴油机运转接近第一类工况。

当拖拉机用于运输时，其柴油机运转情况属于第三类工况，转速变化大，负荷率也较低。

当发动机工况(即功率和转速)为适应需要而变化时，其性能(包括动力性、经济性、排 放性、噪声、烟度等)也随之而变，因此，评价和选用发动机时就必须考察它在各种工况下 的性能，才能全面判断它能否满足要求，对于工况在很大范围内变化的车用发动机尤其是这 样。