直喷均质发动机和直喷稀燃讲义发动机
汽油机缸内直喷
汽油机缸内直喷技术FSI是Fuel Stratified Injection的词头缩写，意指燃油分层喷射。
燃油分层喷射技术是发动机稀燃技术的一种。
什么叫稀燃？顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。
大众FSI发动机利用一个高压泵，使汽油通过一个分流轨道（共轨）到达电磁控制的高压喷射气门。
它的特点是在进气道中已经产生可变涡流，使进气流形成最佳的涡流形态进入燃烧室内，以分层填充的方式推动，使混合气体集中在位于燃烧室中央的火花塞周围。
如果稀燃技术的混合比达到25：1以上，按照常规是无法点燃的，因此必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。
通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点火的浓混合气，混合比达到12：1左右，外层逐渐稀薄。
浓混合气点燃后，燃烧迅速波及外层。
FSI特点是：能够降低泵气损失，在低负荷时确保低油耗，但需要增加特殊催化转换器以有效净化处理排放气体。
下面分别详细阐述：FSI发动机按照发动机负荷工况，基本上可以自动选择2种运行模式。
在低负荷时为分层稀薄燃烧，在高负荷时则为均质理论空燃比（14.6-14.7）燃烧。
在这两种运行模式中，燃料的喷射时间有所不同，真空动作的开关阀进行开启/关闭。
在高负荷中所进行的均质理论空燃比燃烧中，燃油则是在进气冲程中喷射。
理论空燃比的均质混合气易于燃烧，不必借助涡流作用，因此，由于进气阻力减少，开关阀打开。
而在全负荷以外，进行废气再循环，限制泵气损失，由于直喷化而使压缩比提高到12.1，即使在均质理论空燃烧比混合气燃烧中，仍能降低燃油耗。
进一步说，在FSI发动机中，在低负荷与高负荷之间，作为第三运行模式而设定均质稀薄燃烧，在这种运行模式中，燃油在进气冲程喷射，并且由于产生加速稀薄混合气燃烧的纵涡流，开关阀被关闭。
这时，阻碍燃烧的废气再循环（EGR）暂不进行。
与均质理论空燃比燃烧不同的是，吸入空气量超过燃油的喷射量。
如上所述，根据FSI发动机运转状态，在分层稀薄燃烧到均质理论空燃比燃烧过程中，空燃比连续变化。
汽车发动机直喷稀燃技术应用分析
汽车发动机直喷稀燃技术应用分析摘要：随着车辆运输量的不断上升，每年都有着大批的新车辆投入应用，这样车辆的汽车发动机直喷稀燃技术就不断地需要更新，为了使得车辆的发动机直喷稀燃技术能够满足运输任务的需求，在对车辆进行安装和建造时，需要进一步的提高车辆的使用效率和质量。
本文通过对汽车发动机直喷稀燃技术的应用进行分析，以期为我国的车辆研究工艺带来一些参考帮助，为我国车辆汽车发动机直喷稀燃技术发展贡献出一份力量。
关键词：缸内直喷;稀薄燃烧;分层燃烧;高能点火;FSI前言汽车发动机直喷稀燃技术是一门综合性很强的技术，随着汽车发动机直喷稀燃技术在汽车机械生产的广泛应用，进一步使汽车生产企业的生产汽车的质量和使用效果得到了提高，大幅度的增加了企业综合竞争能力，但是由于中国在汽车生产制造方面的汽车发动机直喷稀燃技术研究措施起步与发达国家相比还比较晚，与国际水平还具有着相当的差距。
汽车发动机直喷稀燃技术的研究探讨与应用，是阻挡现今国内汽车制造业发展的主要问题。
1.汽车发动机直喷稀燃技术概念和在汽车制造中的应用价值分析1.1对汽车发动机直喷稀燃技术概念的分析及几种稀薄燃烧发动机装车实验结果FSI是FuelStratifiedInjection的英文缩写，其主要指的使燃油分层喷射，是直喷式汽油发动机领域的一项创新型的汽车发动机系统的革命性技术，FSI技术是指改变老式的汽油机通过从进气管中将空气与燃油混合的燃油供给系统的供油方式，而采用类似于柴油机供油原理一样的，通过喷油器直接往气缸内喷射汽油的供油方式，分层燃烧的主要目的是能够实现较稀混合气的点火燃烧，而缸内直喷设计的根本目的就是为了使得稀薄燃烧能够顺利进行，缸内直喷技术与稀燃技术存在着密不可分、相辅相成的关系[1]。
不仅如此，汽车发动机直喷稀燃技术指的是机械设备、点火设备以及软件进行合理的有机结合，通过车内软件和科学技术有效的实现汽车发动机的数控化的点火方式以及运行方式，进一步的提高汽车设备的智能性以及功能性水平。
第9章 直喷均质发动机和直喷稀燃发动机[61页]
![第9章 直喷均质发动机和直喷稀燃发动机[61页]](https://img.taocdn.com/s3/m/a7c2c2774b73f242326c5f1a.png)
缸内燃油喷射发动机分为直喷均质发动机和直喷稀燃发动 机两种。为了解它得先了解均质和非均质概念。
均质:只在进气行程喷油，这样油和气在活塞的运动帮助 下到压缩行程末了时，气缸内的油气浓度各处都相等，怠速 用浓混合气，部分负荷空燃比为14. 7的混合气，全负荷用浓 混合气。这样的直喷发动机为均质直喷发动机。直喷均质发 动机相对缸外喷射而言，高压雾化会更好。现在的所谓直喷 发动机大多停留在这个阶段。
自润滑性差导致的燃油喷射系统和缸壁磨损等，这 些是FSI开发中常遇到的困难。此外，原有的三元 催化转化器不适用于FSI，需要开发专用的稀燃 NOx催化转化器。
9.1.3 直喷稀燃的两种方法 直喷发动机的设计方法是在火花塞附近提供浓混合气
以保证可靠的点火，而以后的大部分反应过程都在稀混 合气中进行。尽管混合气很稀，在以前均质的发动机理 论中很容易造成燃烧中断，但在非均质的浓混合气已形 成的火球会推动燃烧在稀混合气中进行。
进入90年代，三菱汽车公司研制出来的缸内直喷技术使稀燃 技术又进了一步。
பைடு நூலகம்
目前，各大公司都拥有自己的稀燃技术，其共同点都
是利用缸内涡流运动，使聚集在火花塞附近的混合气最浓，
先被点燃后迅速向外层推进燃烧，并有较高的压缩比。
1．汽车发动机直喷稀燃技术的概念
FSI是Fuel Stratified Injection的缩写，意指燃油分层喷射，是 直喷式汽油发动机领域的一项创新的革命性技术。FSI技术是指 改变传统的汽油机通过从进气管中将燃油与空气混合的燃油供给 系统的供油方式，而采用像柴油机一样的，通过喷油器直接将汽 油往气缸内喷射的供油方式。分层燃烧的真正目的是可以实现较 稀混合气的点燃，而设计缸内直喷的主要目的则是为了实现稀薄 燃烧，缸内直喷技术伴随着稀燃技术是相辅相成、密不可分的。 而发动机的稀薄燃烧技术就是为了让气缸内的混合气更加充分的 燃烧，使尽可能多的热能转变为机械能，提高热效率，达到减低 油耗和排放的目的。
稀燃与缸内直喷
DOHC i-VTEC I采用的主要技术 采用的主要技术
• 从直观上看，该系统与以往的汽油 直喷发动机的区别就在于，以往的 发动机是从气缸斜上方喷射，该系 统是在气缸中央安装一个喷射器， 垂直向活塞喷射燃料。为了预防燃 料粘在气缸侧壁，同时不改变活塞 位置，使燃料能经常朝着活塞上面 的凹槽喷射，将喷射时间设定为自 由噴射，实现了最佳喷射。 模槽活塞的中心具有独自的凹槽， 通过在中心喷射器正下方开设凹槽 来产生高浓度的混合气体。进而与 i-VTEC独有的VTEC一气门休止所 带来的強涡流（旋回流动）效果相 呼应，使各种行驶状况下都可在气 缸内产生理想的混合气体，实现了 空燃比65：1的超级稀薄燃烧，远 远超出了以往直喷发动机40：1的 空燃比。
稀燃发动机技术的发展及本田的 缸内直喷汽油机介绍 制作人：李钧浩
1.什么叫稀燃？ 2.稀燃发动机技术怎样发展？ 3.实现稀燃的关键技术有哪些？ 4.本田的缸内直喷汽油机有哪些优势？ 超稀薄燃烧的控制？ 超稀薄燃烧 5.本田公司怎样实现超稀薄燃烧
1.什么叫稀燃？
• 顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量 低，汽油与空气之比可达1：25以上。
1.8L i-VTEC发动机控制方案
• 系统根据车辆所处的不同行驶状况，利用DBW电子线控系统对节流阀进行控 制，对两个进气门其中一个的关闭时机进行管理，当车辆处于巡航行驶等低 负荷状态时，控制减少泵气损失，当车辆处于起步、加速等需要高输出功率 和大扭矩时，通过控制使进气效率最大化。这样，当车辆在低负荷行驶时， 由于泵气损失导致能效恶化的情况得到大幅度改善，由此实现了高扭矩的强 劲行驶，同时达到了1.8升汽油发动机全球最低的油耗水平。特别是在定速巡 航行驶时，其燃油经济性能与1.5升汽油发动机基本相同。 通过延缓进气门的关闭时机，降低泵气损失，降低定速巡航行驶时的油耗。 延缓进气门的关闭时机，使其在压缩行程开始一段时间之后关闭，让吸入气 缸内的一部分混合气体重新返回进气管中。这样，即使不关小节流阀，也可 以限制进气量。进气阻力的降低，最高可以减少16%的泵气损耗，从而提高 了能源效率，通过节流阀开放程度大小、车速、发动机转速以及齿轮状态等 检测车辆的行驶状况，对气门的开关时机进行智能化控制。对气门开关时机 控制是通过同步活塞对位于进气一侧的怠速/加速摇臂和定位巡航行驶摇臂进 行连接和分离操作实现的。同步活塞的连接/分离操作中使用了可以在低转速 区进行切换的油压回路。
发动机稀燃技术
发动机稀燃技术稀燃是稀薄燃烧的简称，指发动机在实际空燃比大于理论空燃比的情况下的燃烧，空燃比可达25:1，甚至更高。
稀薄燃烧不仅使燃料的燃烧更加完全，而且也减少了换气损失，同时辅以相应的排放控制措施，大大降低了汽油机的有害排放物，因此具有良好的经济性和排放性能。
稀薄燃烧可以提高发动机燃料经济性的主要原因是，由于稀混合气中的汽油分子有更多的机会与空气中氧分子接触，燃烧完全。
采用稀混合气，由于气缸内压力低、温度低，不易发生爆燃，则可以提高热效率。
燃用稀混合气，由于其燃烧后最高温度降低，一方面使通过汽缸壁的传热损失较小，另一方面燃烧产物的离解损失减少，使热效率得以提高。
且当采用稀薄混合气燃烧时，由于进入缸内空气的量增加，减小了泵吸损失，这对汽油机部分负荷经济性的改善非常有利。
另外，稀薄燃烧时燃烧室内的主要成分O2和N2的比热容较小，多变指数K 较高，因为发动机的热效率高，燃油经济性好。
从理论上讲，混合气越稀，热效率越高。
但就普通发动机来说，当过量空气系数α>1.05~1.15后，油耗反而增加。
这是由于混合气过稀时，发动机混合气分配的均匀性变得更加敏感，循环变动率增加，个别缸失火的概率增加；等等，如果不解决这些问题，盲目地调稀混合气，不但不能发挥稀混合气理论上的优势，反而会费油。
燃用混合气的技术途径1）使汽油充分雾化，对均质燃烧要保证混合气均匀及各缸混合气分配均匀。
消除局部区域混合气偏稀的现象，避免电喷发动机调整时的有意加浓；同时，使缸内混合气的实际含量有所增加，失火及不稳定现象就会大大减少，发动机便可以在较稀混合气含量的条件下工作。
要是汽油充分雾化，可以在预热、增加进气流的速度、增强进气流的扰动、增加汽油的乳化度以及使汽油分子磁化等方面采取措施。
2）采用结构紧凑的燃烧室。
使压缩时形成挤流，以提高燃烧速度，从而提高燃烧效率，减少热损失。
一般采用火花塞放在正中的半球形或蓬顶形燃烧室，或其他紧凑型的燃烧室。
第三章缸内直接喷射技术
• (2)压电直喷技术 • 目前的缸内直喷发动机都存在分段控制模式—— 低转速时使用分段多次喷射燃烧,高转速下不使用。
–主要原因是目前的喷油器都是螺旋线圈电磁控制式的, 在高转速状态下,喷油时间要求极短,喷油器响应速度 并不适合太高转速。
• 因此,奔驰开发了压电触发的喷油器。
–利用活塞在压缩行程的压力,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。压电喷油器 百万分之一秒的反应时间,使喷油器基本的多点分层喷 射成为可能,在每次压缩的短时间内,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。
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• 3.缸内直接喷射技术的问题 • 缸内直接喷射技术存在的一个主要问题是废气后 续处理。在分层充气模式和均质稀薄充气模式中, 传统的闭环三元催化转化器不能快速地将燃烧过 程中产生的氮氧化物转换成氮气。
–开发了氮氧化物存储式催化转化器后,才使得排放废气 符合欧Ⅳ废气排放标准。在该系统中,氮氧化物被暂时 地储存在转换器中,然后系统性地转换成氮气。
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• (1)燃油供给与喷射系统
–CGI发动机上使用的高压压电喷油器,采用几微米宽锥 状环形喷孔, 塑造一个稳定的、非常理想的从浓到稀 的喷雾效果。在喷射时,还可以吸收周边紊乱的空气颗 粒,进入燃油喷射的层与层之间,形成一个理想的点火 前状态。 –CGI发动机还包括高压燃油泵以及后面的燃油导轨以及 其中的燃油压力调节阀,它们为系统提供稳定的燃油。 在燃油导轨中,峰值燃油压力可以达到20MPa,约是普通 电喷汽油发动机的70倍,比一些其他缸内直喷发动机也 高得多,这样做的目的就是为了分层喷射时有理想的喷 雾效果,在高转速下有足够量的汽油供给。而且由于在 喷射瞬间,导轨内的压力不可避免会出现瞬间下降,高 压也会让这种瞬间压力变化减小,喷射也就更加精确无 误。
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。
采用汽油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。
发动机原理-均质混合气内燃机,分层混合气内燃机,缸内直喷发动机
作业：哪种发动机是均质混合气内燃机，哪种是分层混合气内燃机？缸内直喷发动机是哪个类型？解答：内燃机按混合气形成方式可分为均质混合气内燃机和分层混合气内燃机。
（1）均质混合气内燃机均质混合气内燃机是指进入燃烧室的燃油，在进气行程与压缩行程中完成与空气的充分混合，并在点火的一刹那使缸内行程较为均匀的混合气，确保稳定点火。
最古老的化油器汽车均采用均质混合气燃烧。
单点汽油机喷射系统就是属于均质混合气内燃机，因为单点汽油机喷射汽油机将喷油器安装在节气门前的区段中，是将汽油喷射到进气总管，之后与空气混合流入进气歧管，进入气缸时燃料已与空气充分混合接近均匀状态。
多点电喷（岐管喷射，进气道喷射）也是属于均质混合气内燃机，因为多点电喷（岐管喷射）将喷油嘴安装在进气歧管进气门口处，汽油喷射到进气管内进气门背面，与空气混合之后进入燃烧室。
缸内直喷进气冲程早喷汽油机属于均质燃烧汽油机，在进气冲程燃料便喷入气缸内，在进气和压缩冲程燃油有足够的时间和空气混合，在可燃混合气燃烧时，已达到均质混合。
均质混合是比较传统的混合器形成方式，像本田丰田很多款汽车依然坚持多点电喷均值混合，如：丰田5GR-FE，丰田4T-GTE发动机。
（2）分层混合气内燃机分层混合气内燃机是指在压缩行程喷入燃油，随着压缩行程的进行燃油与空气混合，直至点火时刻，从火花塞到缸壁，燃油浓度由浓到稀。
保证其有效点火，火焰传播也正常，从而提高燃油经济性。
柴油机将喷油嘴安装在气缸顶部，将燃料直接喷入气缸。
二冲程柴油机燃料浓度不均，属于分层燃烧。
缸内直喷压缩冲程晚喷汽油机属于分层燃烧汽油机，因在压缩冲程将燃料喷入气缸，故燃油来不及和空气混合便压缩点火。
常见的分层混合气内燃机如：马自达PE-VPR，日产MP20DD，福特1.6LECOBoost，大众EA211，奔驰V6的发动机。
（3）缸内直喷发动机缸内直喷发动机分为进气冲程早喷的均质混合气内燃机，和压缩冲程晚喷的分层混合气内燃机，原理与典型例子上文已介绍，不再赘述。
大众公司EA113系列2.01-_FSI燃油分层直喷式汽油机详解（三）
2003年大众公司在1.8L-5V-92kW进气道喷射汽油机的基础上为第2代奥迪(Audi)A3和A4轿车开发了一种新型横置式2.0L-4V-FSI分层直接喷射汽油机，除了将发动机功率由92kW增加到110kW使汽车的动力性得到了显著提高外，还使汽车燃油耗降低了大约1L/100km，同时更加舒适，并达到了当时欧洲实施的欧Ⅳ废气排放标准。
这种采用汽油分层直接喷射(FSI)技术的直列4缸4气门汽油机成功地解决了传统汽车在功率、舒适性和燃油耗之间的目标冲突，表明汽油分层直接喷射技术始终是提高汽油机燃烧效率潜力最大的一种技术措施。
2004年，大众公司在这种EA113汽油机系列平台基础上又开发出了世界上第一台涡轮增压缸内直接喷射2.0L-TFSI汽油机，功率为195kW，扭矩为350Nm。
2010年，为了给奥迪运动型轿车配备动力性能更好的汽油发动机，又将上述涡轮增压2.0L-TFSI燃油分层直喷式汽油机的燃油过程移植到奥迪直列5缸自然吸气2.5L-MPI多点气门口喷射汽油机上，成功地开发出了功率250kW，扭矩450Nm的2.5L-TFSI增压燃油分层直喷式汽油机。
本文将详细介绍4缸自然吸气2.0L-FSI燃油分层直喷式汽油机和5缸涡轮增压2.5L-TFSI燃油分层直喷式汽油机。
范明强(本刊专家委员会委员)教授级高级工程师，曾任中国第一汽车集团公司无锡研究所发动机研究室主任、湖南奔腾动力科技有限公司轿车柴油机项目部总工程师、无锡柴油机厂高级技术顾问和多所高校客座教授。
大众公司EA113系列2.0L-FSI燃油分层直喷式汽油机详解(三)◆文/江苏 范明强(接上期)博世公司开发的新型连续变化式氧传感器(λ传感器)是第一次在汽油机上应用。
这种LSU4.9型氧传感器应用了一种“基准泵电流”，因此对基准空气“中毒”现象并不敏感。
借助于电控单元中新开发的控制功能模块能够调节这种氧传感器的温度，其中的测量元件被加热到恒定的780℃。
汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术
均质燃烧——普通燃烧方式，即燃料和空气混合形成一定浓度的 可燃混合气整个燃烧室内混合气的空燃比低相同的。
分层燃烧——整个燃烧室内混合气的空燃比不同，火花塞周围混
合气浓度比其他地方高。
目的—— 均质燃烧：在高速行驶、加速行驶时获得大功率； 分层燃烧：在低转速、低负荷是节省燃油。
目前，为达到分层燃烧的所采取的技术手段主要 有以下三种： 1.采用多次喷射技术，使混合气浓度加以区分。 2.利用燃烧室壁面结构，令混合气产生滚流，进 而产生浓度差异。 3.通过可变进气技术，在发动机低速运转时，对 部分进气道实施截流，以增大进气涡流强度，促 使混合气分层的形成。 一般来说气道喷射稀薄燃烧（PFI）发动机多采用 第三种技术方案，而直喷稀薄燃烧（GDI）发动机 则对前两种实现手段更为青睐。
主流。传统的汽油喷射技术即为进气道喷射技术，其
分为单点喷射和多点喷射。
随着汽车电控技术的迅速发展，以及人们需求 的不断提高，主流的进气管喷射技术慢慢的走下历史
舞台，人们为追求汽车发动机良好的燃油经济性和尾
气排放质量，从而提出了汽油机稀薄燃烧技术。
2.稀薄燃烧
顾名思义就是发动机混合气中的汽油含量低，汽油与空气 之比可达1：25以上，使达到燃烧效率高，经济、环保等目的， （将过量空气系数λ=1左右提高到且远超于1.1的水平，可以降 低发动机油耗并改善CO2排放。）
6.1.不足
（1） 在稀薄燃烧中，排放气体中残留很多氧气，不能进 行NOx还原反应。为了使NOx吸储型催化剂获得高效功能， 其温度必须保持在250-500℃范围内。当超过这一温度范围 发动机会自动转换到均质理论空燃比燃烧，并通过三效催化 转化器进行废气处理。然而这又与燃油经济性下降相关，为 此，必须增加废气冷却装置。 （2）另稀燃发动机由于喷射器的加入导致了对设计和制 造的要求都相当的高，如果布置不合理、制造精度达不到要 求导致刚度不足甚至漏气只能得不偿失。 （3）稀燃发动机对燃油品质的要求也比较高。
汽油稀薄燃烧简述
混合气稀薄燃烧模式简谈摘要：随着中国经济的快速发展，人们生活品质的不断提高。
中国的汽车保有量逐年攀升，汽车尾气对环境的危害也越发严重。
本文通过分析汽油机混合气的稀薄燃烧模式，从排放物、燃油经济性、动力性等不同方面加以阐述。
得出稀薄燃烧模式在保证相应的动力的情况下，其尾气量更能符合国家尾气排放标准。
关键字：混合气空燃比燃烧模式喷射1.稀薄燃烧技术（GDI）均质稀燃和分层稀燃是缸内直喷汽油机稀薄燃烧技术的两种燃烧模式。
所谓均质燃烧就是进气早期将燃油喷入汽缸，使过量空气系数λ=1或附近,形成完全的均质化学计量比进行燃烧。
在压缩行程后期开始喷油，在火花塞的区域，可以形成较浓的混和气，而在远离火花塞的区域形成稀薄的混合气( 过量空气系数达λ = 2 ～ 3)，这就是分成燃烧。
分层燃烧可以提高着火概率，加快火焰传播速度，实现快速稳定的燃烧。
如图 1 所示， GDI 汽油机燃烧系统结构一般由进排气道、燃烧室、活塞、喷油器和火花塞组成。
要图1 GDI 燃烧系统示意在缸内形成均匀的混合气，必须组织合适的气流运动和精确的喷油匹配。
1.1GDI的气流运动缸内气流必须要满足两点要求: (1)从微观上要求在气缸内具有高强度的紊流，以促进燃油与空气的混合; (2)从宏观上要求有控制的平均气流运动，以形成均匀的混合气［1］采用均质混合气燃烧模式的 GDI 汽油机一般靠进气道来产生强烈的滚流运动以促进燃油与空气的混合另一方面，随着活塞上行，滚流在压缩冲程后期破碎成湍流，这样有助于提高压缩终了时的湍流强度，以提高火焰传播速度及保持燃烧稳定性［2］图2是710°CA 时刻( 接近点火时刻) 缸内动能分布云图，可以看出，缸内湍动能从中心向周围递减，这样有利于火焰传播边缘处的湍动能较小对火焰传播影响不大。
火焰传播越快，则燃烧同量的燃料产生功率更高。
GDI的燃油喷射系统GDI通常划分了负荷区 ,因此要求 GDI燃油喷射系统至少要能提供2～3 种不同的操作模式,以适应不同的负荷要求。
汽车新技术之汽油机缸内直喷培训课件(ppt 45张)
4.缸内直喷技术现状
• 燃油供给和喷射系统 • 喷射模式 • 燃烧系统 • 缸内空气运动的组织
4· 1.燃油供给和喷射系统
• 现代的GDI发动机燃油供给系统设计，为了 达到分层稀薄混合气所要求的喷雾质量和 灵活的喷油定时，均采用了精度高、响应 快的柔性电控手段。高压共轨喷射系统加 电磁驱动喷油器被认为是满足缸内灵活喷 射要求的喷射系统之一。 • 该系统由低压输油泵、燃油压力传感器、 喷油压力控制阀、高压油泵、蓄压燃油轨、 喷油器等组成。
• 缸内直喷就是将燃油喷嘴安装 于气缸内，直接将燃油喷入气 缸内与进气混合。喷射压力也 进一步提高，使燃油雾化更加 细致，真正实现了精准地按比 例控制喷油并与进气混合，并 且消除了缸外喷射的缺点。同 时，喷嘴位置、喷雾形状、进 气气流控制，以及活塞顶形状 等特别的设计，使油气能够在 整个气缸内充分、均匀的混合， 从而使燃油充分燃烧，能量转 化效率更高。
图1.丰田D—4稀薄燃烧系统
3· 1.分层燃烧缸内直喷
• 三菱4G稀燃系统(图2)与丰田D一4系统相近。 进气采用立式进气道，能够产生强大的进 气气流，直接流入气缸，流速可达40m/s 一50 m/s，充气效果好，以保证高度的纵 向涡流及充气系统。活塞顶部的凹坑浅， 且壁面有一定的斜度。在部分负荷输出时， 油束与壁面碰撞后飞溅的油滴，随含有汽 油蒸气和细小油滴的气流斜向上运动(图2中 倒滚流)，被位于缸盖中部的火花塞点燃。
汽车新技术之汽油机缸内直喷
汽油机缸内直喷技术
1.缸内直喷技术概述 2.缸内直喷技术的工作原理 3.缸内直喷技术特点 4.缸内直喷技术现状 5.缸内直喷技术的实际应用 6.缸内直喷发动机目前存在的问题 7.缸内直喷技术推广应用的主要问题 8.缸内直喷技术今后的研究开发方向
稀薄燃烧与缸内直喷技术
School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University
滚流与涡流(Tumble and Swirl)
Tumble
Swirl
School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University
School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University
MAN燃烧系统
射流燃烧室
School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University
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Satoshi Kato等人提出的OSKA 2. 分隔式燃烧室分层燃烧系统,如本田公司的CVCC 3. 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.
School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University
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