汽车稀薄燃烧与缸内直喷技术@汽车发动机精品资源池
车辆节油增效,减排环保措施
车辆节油增效,减排环保措施
1、稀薄燃烧技术。
稀燃技术的特点是燃烧效率高、经济环保，同时可以提高发动机的动力输出。
在稀燃的情况下，由于混合气的点火比理论空燃比的点火更困难，所以爆燃发生的可能性更小。
因此，可以使用更高的压缩比来提高热能转换效率。
另外，汽油在过量空气中可以充分燃烧，所以在这些条件的支持下，汽油可以充分燃烧。
2、汽油机电子燃油喷射技术。
电子燃油喷射系统用燃油喷射装置代替化油器，通过微电子技术测量吸入发动机的空气量，然后通过高压喷射向发动机供给适量的燃油。
电子燃油喷射技术的应用大大提高了汽车燃油的合理性，使缸内燃油喷射更加科学、准确。
该技术可使发动机功率提高10%，扭矩提高20%以上，油耗降低10-12%，在同等油耗下，尾气排放降低30-50%。
3、优化燃烧系统的设计。
涉及到活塞顶和气缸盖的形状、火花塞的位置、进排气门的大小和数量、进气口的设计等一系列问题。
设计人员优化了燃烧室的形状、布局和喷射系统，改善了燃烧条件，提高了排放标准。
4、闭环调节技术。
该系统是实时氧传感器、计算机和燃油量调节装置之间的封闭三角形连接。
闭环调节的电喷发动机能始终运行在理想工况下(空燃比不会偏离理论值太多)，因此能保证汽车不仅有良好的动力性能，还能大幅度节油。
汽车发动机缸内直喷工作原理
汽车发动机缸内直喷工作原理汽车发动机缸内直喷技术是近年来迅速发展的一个重要创新。
这项技术通过将燃油直接喷射到汽车发动机缸内，以提高燃烧效率和动力输出。
在本文中，我们将深入探讨汽车发动机缸内直喷的工作原理，并对其优点和应用进行全面分析。
1. 汽车发动机缸内直喷的基本原理1.1 燃油喷射系统1.2 气缸压力控制1.3 气缸喷射时间控制2. 汽车发动机缸内直喷的优点2.1 燃烧效率提高2.2 排放污染降低2.3 动力输出增强3. 汽车发动机缸内直喷的应用场景3.1 高性能汽车3.2 环保型汽车3.3 高海拔地区使用4. 我对缸内直喷的观点和理解1. 汽车发动机缸内直喷的基本原理1.1 燃油喷射系统汽车发动机缸内直喷采用高压喷油器将燃油直接喷射到气缸内。
燃油经过高压喷油器，被分散成微小的颗粒，形成均匀的雾化状态，以便更好地与空气混合。
燃油喷射系统需要精确控制喷油量和喷油时间，以确保燃料完全燃烧。
1.2 气缸压力控制为了实现缸内直喷，发动机缸内需要较高的压力。
这可以通过提高燃油喷射器的工作压力来实现。
高压喷油器将燃油以高压喷射到气缸内，与进气的新鲜空气迅速混合。
1.3 气缸喷射时间控制缸内直喷需要准确控制喷油时间，以确保燃油和空气在适当的时间内混合。
Ecu通过精确的传感器测量进气量、发动机转速、油门位置等参数，以计算出合适的喷油时间。
2. 汽车发动机缸内直喷的优点2.1 燃烧效率提高通过缸内直喷可以实现更好的燃烧效率。
燃料直接喷射到气缸中，与新鲜的空气混合，形成更为均匀的混合气。
这种混合气在点火时更容易点燃，从而提高了燃烧效率。
燃烧效率的提高意味着能量的更充分利用，能够使车辆在同样的燃料消耗下获得更好的动力输出。
2.2 排放污染降低缸内直喷技术能够更好地控制燃料的喷射和燃烧过程，进而实现排放污染的降低。
通过喷油时间和喷油量的精确控制，可以使燃料更充分地燃烧，减少未燃烧的排放物质的产生。
燃油直接喷射到气缸中也减少了进气道中的积炭沉积，减少了发动机的污染。
汽车新技术稀薄燃烧
汽车稀薄燃烧技术泸州职业技术学院机械系10级汽车一班姓名:xx 学号：xxxxx指导老师：xx摘要：随着汽车的广泛应用,对环境造成的影响是越来越严重，环境问题日益严重 特别是燃料燃烧对环境的影响 是不容忽视的课题。
在20多年前就已经有人在研究稀燃技术。
面对21世纪70年代初欧美国家的排放规定以及石油危机引起的降低油耗的需求，人们探索了由稀混合气运行，用氧化催化剂净化排气的方法，采用了一种带副燃烧室的发动机。
关键字：汽车；环境1引言近年来，随着经济的增长和人民生活水平的提高，我国机动车保有量迅速增长。
目前，我国大部分机动车油耗大、燃烧效率低，且尾气污染严重…。
因此，发展燃烧效率高、尾气污染小的机动车对于我国经济的发展和保护环境具有现实意义。
稀薄燃烧技术正是以其经济性好、污染物排放低而日益受到国内外汽车界的广泛重视，我国现在正在快速的成为汽车大国，汽车保有量越来越大保守估计大概有一亿多辆，这样大的汽车帝国每天汽车的排放可以说是个天文数字对环境造成的影响是非常巨大的。
在这样的环境下我们应给想办法来减少排放，让燃料得到充分利用，不但能提高燃烧效率也对环境的影响有所减小所以就出现的一种新技术——稀薄燃烧。
1.1 什么是稀薄燃烧技术稀薄燃烧是指发动机在大于理论空燃比（约１４．６）条件下进行的燃烧，这样可使燃油在发动机内进行充分燃烧，最大限度地减少了有害物质的产生。
稀薄燃烧型发动机包括稀薄燃烧汽油机和柴油机，其燃料经济性好、污染物排放低。
例如，非直喷稀薄燃烧型汽油机的空燃比提高到２２时，可节约燃料１５％，ＮＯｘ产生量也显著减少。
日本丰田公司和日产公司相继推出了空燃比在４０—５０的缸内直喷式稀薄燃烧型汽油机，在保持良好的低排放特性的同时，燃油经济性较传统的汽油机高２０％一３０％，柴油机的燃油经济性一般比理论空燃比均质燃烧的汽油机高２５％一４０％。
1.2 汽车稀薄燃烧技术的发展其实，在20多年前就已经有人在研究稀燃技术。
汽油机稀薄燃烧技术
本田、三菱、雷诺的稀薄燃烧技术详解本田飞度1.3匹配的发动机从结构上看起来没有什么亮点，甚至有些落后――每缸两气阀设计，单顶置凸轮轴。
但是本田却宣称它的这款发动机的技术是世界同步的，甚至比它1.5的4气阀VTEC发动机还要先进，这是为什么呢？熟悉飞度的都知道，飞度1.3的这款发动机被本田称作i－DSI发动机，之所以先进，也就是这个i-DSI。
那这个i－DSI有什么特殊呢？是不是本田在搞噱头？从参数看，60千瓦的功率也却是没有什么值得夸耀的，这款发动机显然注重的不是高功率输出。
从本田的宣传来看，i-DSI就是双火花塞点火，它可以提高燃烧效率。
其实，这款发动机真正的核心技术是“稀薄燃烧”技术，双火花塞的设计只是为了实现这种“稀薄燃烧”所采用的手段而已。
这篇文章，我们就来重点讨论一下“稀薄燃烧”技术。
这种技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，同时还可以提升发动机的功率输出。
因为在稀薄燃烧的条件下，由于混合气点火比理论空燃比条件下困难，暴燃也就更不容易发生，因此可以采用较高的压缩比设计提高热能转换效率，再加上汽油能在过量的空气里充分燃烧，所以在这些条件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量。
本田的i-DSI发动机的稀燃技术。
本田这款发动机采用的是比较少见的缸外稀薄燃烧技术，虽然没有缸内直喷先进，但是相对于直喷发动机而言成本低廉。
我们还是先来说说什么叫做稀薄燃烧吧。
所谓稀薄燃烧，是指通过提高发动机内混合气的空燃比，让混合气在空燃比大于理论空燃比数值的状态下燃烧。
说得直白一些，就是让汽油在很稀的混合状态下燃烧。
我们知道，理论空燃比是发动机的一个基本参数，普通发动机是不能随便改变空燃比的，那如果要让发动机实现稀薄燃烧，就必须具备两个条件：首先，稀薄燃烧技术需要很强的点火能量。
这一点很好理解，混合气里面汽油的比例小了，混合气被点燃就需要更大的能量，而i-DSI发动机采用双火花塞设计，就能很好的满足这一需求。
其次，稀薄燃烧技术需要空气能跟汽油充分混合。
汽车节能技术
汽车节能的方法和技术随着能源的日渐紧张和对环境保护的日益迫切，节能工作更加深入，对我国这样一个发展中的大国来说，如何有效地利用和节约资源，已成为我国一项重要的战略问题。
在油价节节攀升的时代，节油技术显得越来越重要。
目前，节油技术在汽车设计、制造以及使用方面已得到了广泛的应用，并朝着多元化的趋势发展。
节油也应该成为每个开车者的共识和社会义务，车主在节约用油减少油费支出的同时，也实实在在地减少了废气排放，改善了我们的环境。
汽车节能减排主要在动力系统，其新技术分为两类，一类是传统内燃机技术的改进，另一种是时下热门的新能源汽车技术。
（一）汽车发动机新技术有增压技术，分层燃烧，稀燃技术，缸内直喷，可变气门正时等。
传统内燃机，其能量利用率只有30%左右，还有很大的挖掘潜力。
涡轮增压，是一种利用内燃机运作所产生的废气驱动空气压缩机的技术。
与超级增压器功能相若，两者都可增加进入内燃机或锅炉的空气流量，从而令机器效率提升。
常见用于汽车引擎中，透过利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。
涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。
一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。
这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。
在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。
均质压燃发动机技术，是一项比较前沿的活塞式内燃机的燃烧技术，理想的均质压燃汽油机燃烧过程是一种非扩散的，在整个燃烧室内同时发生的均匀燃烧过程。
目前尚属研究阶段。
但均质压然发动机与混合动力的组合，可以回避发动机难以实现均质压燃的工况，具有重要的实用价值。
稀燃技术，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20:1，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。
浅析汽车发动机缸内直喷技术
浅析汽车发动机缸内直喷技术摘要：对于一台汽油发动机来说，将汽油送入气缸，并与空气混合，使混合气充分燃烧才能获得强大的动力，因此油气混合技术也是发动机的关键技术之一。
越来越多的车型开始采用缸内直喷技术发动机，因为直喷发动机具有降低HC等有害气体排放、瞬态响应好、易于实现精确的空燃比控制以及快速冷起动和减速快速断油能力等优点。
关键词：汽油机；缸内直喷；排放随着石油资源越来越紧缺，人们对汽车的燃油经济性要求越来越高，为此，一种新型的汽油机燃烧方式应运而生，即发动机稀薄燃烧技术，而实现稀薄燃烧的理想方式是缸内直喷分层喷注，即汽油缸内直喷。
直喷式发动机是在汽缸内喷注汽油，将喷油器安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在汽缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃做功，这种形式与直喷式柴油机相似，因此，缸内喷注式汽油发动机是将柴油机的形式移植到汽油机上的一种重大创举。
缸内直喷发动机的空燃比达到40：1，具有节省燃油、减少废气排放、提升动力性能、减少发动机震动、喷油精度的提高、发动机更耐用等优点，目前各汽车制造企业纷纷推出了各自的缸内直喷发动机，如大众公司的FSI（燃油分层喷射）、通用公司的SIDI（点燃式缸内直喷）、丰田公司的D-4S、宝马公司的HPI（高压直喷）、三菱公司的GDI（汽油缸内直喷）、保时捷的DFI（直接燃油喷射）等。
一、缸内直喷发动机与普通发动机的比较缸内直喷技术代表着传统汽油引擎的一个发展方向。
传统的汽油发动机是通过电脑采集凸轮位置以及发动机各相关工况从而控制喷油嘴将汽油喷入进气歧管。
但由于喷油嘴离燃烧室有一定的距离，汽油同空气的混合情况受进气气流和气门开关的影响较大，并且微小的油颗粒会吸附在管道壁上，所以希望喷油嘴能够直接将燃油喷入气缸。
缸内直喷是大众集团开发的，能够改善传统汽油发动机供油方式的不足，先进的直喷式汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术，通过一个活塞泵提供所需的100bar以上的压力，将汽油提供给位于气缸内的电磁喷油器。
汽油机11
二、缸内直喷电子控制
(一)缸内直喷(GDI: Gasoline Direct Injection)系统简介
1．丰田D-4缸内直喷系统
(1)通过安装在进气道上的电子涡流控制阀，形成不同角度的 斜向进气涡流，促进缸内的混合气形成。 (2)燃烧室为半球屋顶形，活塞顶部有极富特征的唇型深皿凹 坑，与进气涡流旋向以及高精度的喷油时间和喷油方向控制相 配合，在火花塞周围形成较浓的易点燃混合气区域。 (3)为抑制扩散燃烧所产生的黑烟，采用高压(8～13MPa)旋流 喷油器，可实现高度微粒化汽油喷射。 (4)为了控制分层燃烧时的NOx的产生，采用了电控EGR系统。 (5)带有宽域氧传感器、紧凑耦合三元催化器和吸附还原型稀 燃主催化器。 (6)实现对不同的工况范围采用不同的燃烧方式。低速及部分 负荷时，在压缩行程后期喷油，形成明显的分层燃烧；而在高 速及大负荷时，进气行程就开始喷油，以形成完全的均质化学 当量比燃烧；而在分层燃烧与均质化学当量比燃烧领域之间有， 弱分层燃烧和均质燃烧两个区域 。
转矩和转速对应于高工 况区域，即加速踏板位移量 较大时，那么空燃比就保持 稳定在14．7左右，通过改 变电子节气门开度调节进气 量，进而改变燃油量，控制 转矩，这就是量调节。 (1)在实际的切换过程之前，节 气门必须先行关闭，因此进气 歧管压力下降，空燃比跟着下 降。此时必须避开空燃比19～ 22的禁区。 (2)由于空燃比突然减小，通常 情况下转矩突然增加。可是乘 员对此毫无思想准备，因为切 换过程是自动进行的。为了使 转矩保持恒定，必须在切换过 程中短暂地减小点火提前角， 以抵消减小空燃比对转矩的影 响。
3.转距控制 如果转矩和转速对应于低工况区域，即加速踏板位移量 较小时，电子节气门就保持全开，通过改变空燃比调节燃油 量进而控制转矩，这就是质调节．此时进气量和点火提前角 几乎不影响转矩；如果转矩和转速对应于高工况区域，即加 速踏板位移量较大时，那么空燃比就保持稳定在14．7左右， 通过改变电子节气门开度调节进气量，进而改变燃油量，控 制转矩，这就是量调节。此时点火提前角对转矩有很大影响。
汽车发动机缸内喷射发动机的原理
• 3．稀薄燃烧的实现 • 传统的汽油机在空燃比达到15甚至更高以后，就可能出现 点火困难或不点火现象，反而使发动机各项性能指标降低、 排放恶化。为了实现稀薄燃烧，必须使燃烧室内形成分层 气流，使火花塞周围形成较浓的混合气，在远离火花塞处 则形成较稀的混合气，为了达到上述要求，对汽油机主要 进行了如下改动： • ① 进气道由传统形状改为螺旋式，在进气口处设置蝶形 涡流阀，使气流形成较强的涡流，流动更为合理，有利于 火花塞点火及火焰的迅速传播。 • ② 采用无级调节气门定时系统“VVT-i”，可改变进气门定 时角20°，以满足不同工况、不同转速下的进排气效应， 从而保证汽油机在各种工况下都能稳定地工作。
压缩比 10～14
一般（节气门）
较低（节气门和喉 管）
7～10
6～8
控制精度 响应速度
优化潜力
控制精度高，响应速度快
稳态工况好，过渡 机械系统控制精度 工况和冷起动 和响应速度最 较差 慢
进气管及燃烧的局 部优化 优化潜力较小
可以全方位优化
• 一、稀薄燃烧的特点和类型 • 1．稀薄燃烧 • 稀薄燃烧：空燃比α大于理论空燃比14.7时的燃烧。 但在实际使用中为保证各缸不失火，混合气不能 太稀，其空燃比的稀限为17，所以将空燃比大于 17的燃烧视为稀薄燃烧。 • 2．稀薄燃烧的目的 • 改进汽油机燃油经济性的重要手段，它可以使燃 料的燃烧更加完全，同时，辅以相应的排放控制 措施，汽油机的有害排放物CO、HC……将大大 地减少。
• ② 非均质分层进气
• 分层进气（分层燃烧）发动机作为稀薄燃烧中的非均质燃烧是实现稀 薄燃烧的主要方式。 • 缸内喷射发动机供给各缸的混合气成分不均匀，在汽油机中只要形成 火焰，在火焰的传播过程中，即使是相当稀的混合气，也能正常燃烧。 为了提高稀薄燃烧界限，可采用分层充气燃烧，以保证在空燃比大于 20的条件下在火花塞周围形成易于着火的较浓的可燃混合气（空燃比 在12～13.5），而在周边区域和燃烧室的大部分区域是较稀混合气或 空气。 • 燃烧室中混合气浓度有组织地分成各种层次，故称为分层进气（分层 燃烧）发动机。分层燃烧的汽油机可稳定在空燃比为20～25的范围内 工作，分层燃烧缸内直喷机空燃比的稀限已提高到40以上。在小负荷 工况下不需要关小节气门来限制进气量，基本上避免了发动机换气过 程中的泵气损失。在高空燃比情况下，由于混合气物性的改变，绝热 指数增加，传热损失减少，发动机的热效率可进一步提高。由于汽车 发动机经常在小负荷工况下工作，可使其平均油耗降低15％～20％左 右，NOX也显著降低。 • 燃用稀混合气时工作稳定可靠,做到：控制燃烧过程，使之实现快速 燃烧；改善供给系混合气制备与分配；改进或强化点火系。
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。
汽油机缸内直喷_GDI_稀薄燃烧技术_刘鑫
汽油机缸内直喷(GDI)稀薄燃烧技术刘 鑫(黑龙江道路运输管理局,黑龙江哈尔滨150036)摘 要:稀薄燃烧技术是建立在混合气分层燃烧的基础上,分层燃烧是指在着火时刻火花塞周围分布适合于着火的浓混合气,而燃烧室其他位置为稀混合气。
在气缸内如何形成适合的混合气浓度梯度分布是稀薄燃烧的关键技术。
介绍稀薄燃烧方式、G DI 分层稀薄燃烧、GDI 滚流分层稀薄燃烧和空燃比反馈控制式稀薄燃烧技术。
关键词:G DI;空燃比;燃烧;技术中图分类号:U 461 文献标识码:A 文章编号:1008-5696(2011)01-0098-03Gasoline Direct Injection (GDI)Lean Burn TechnologyLIU Xin(H eilongjiang P ath T ranspo rtat ion A dministr ativ e Bureau,H arbin 150036,China)Abstract:Lean bur n technolo gy built o n stratified co mbustion mix tur e based o n the stratified co mbustio n is distributed around the ignition spark plug fo r ig nition o f the rich mix ture,w hile the co mbustion chamber to dilute m ix tur e of other lo catio ns.In the cylinder to form a suitable mix ture concentration g radient is the key technology of lean com bustion.T his ar ticle describes the lean burn mode,GDI stratified lean burn,GDI Lean Bur n Stratified roll and lean air -fuel ratio feedback contr olled com bustion technolog y.Key words:GDI;air -fuel ratio;combustion;technolog y 收稿日期:2010-07-16作者简介:刘 鑫(1971-),男,工程师,研究方向:汽车工程.GDI 汽油机在整个运行工况范围内采用混合燃烧模式,即稀薄燃烧仅对中小负荷工况进行。
直喷汽油机EGR与稀薄燃烧的协同作用
直喷汽油机EGR与稀薄燃烧的协同作用朱棣;侯圣智;刘斌;尹君【摘要】In view of the advantages of exhaust gas recirculation (EGR) and lean burn (LB) in reducing emission and improving fuel economy, a synergitic control technology roadmap by combining the two is proposed. The effects of EGR alone and EGR+LB combination on the combustion characteristics, fuel economy and emission characteristics of engine under part-load condition are experimentally studied in a gasoline direct injection engine. The results show that under a condition with a rotation speed of 2000r/min and a BMEP of 300kPa, the synergitic actions ofEGR+LB combination can get an over 8% fuel economy improvement with lower NOx , HC and CO emis-sions, verifying the effectiveness of synergitic control of EGR + LB combination.%鉴于废气再循环和稀薄燃烧对降低排放、改善燃油经济性所具有的优势,提出了将两者相结合协同控制的技术路线.在一台缸内直喷汽油机上,研究了部分负荷下废气再循环单独作用和与稀薄燃烧协同作用时对发动机燃烧特性、燃油经济性和排放特性的影响.结果表明:在转速为2000r/min、平均有效压力为300kPa下,废气再循环与稀薄燃烧协同作用可带来8%以上的油耗改善和较低水平的NOx,HC和CO排放,验证了废气再循环与稀薄燃烧协同控制的有效性.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】6页(P615-620)【关键词】汽油直接喷射;废气再循环;稀薄燃烧;燃烧特性;燃油消耗【作者】朱棣;侯圣智;刘斌;尹君【作者单位】天津大学内燃机研究所,天津 300072;天津大学内燃机研究所,天津300072;重庆长安汽车股份有限公司,重庆 401120;天津大学内燃机研究所,天津300072【正文语种】中文汽油直喷(gasoline direct injection，GDI)技术将汽油机和柴油机的优点有机结合起来，在提高充气效率、增强抗爆性、减小泵气损失和提高燃油经济性等方面存在较大的优化潜力，是当前汽油机发展的主要研究方向之一［1－2］。
缸内汽油直喷稀薄燃烧技术
缸内汽油直喷稀薄燃烧技术周玉明1,胡健丽1,刘家全2(1.重庆科技学院,重庆400042;2.华北油田公司二连分公司,河北任丘062500)摘要:介绍了非均质进气、缸内直喷稀薄燃烧技术,分别介绍了三种统一式和三种分隔式缸内直喷稀燃系统。
采用该技术可在保持动力性指标的同时,还具有很好的燃油经济性,使有害排放大大降低。
关键词:稀薄燃烧;非均质分层进气;缸内直喷式燃烧方式;预燃室式燃烧方式中图分类号:TK 411 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2006)04-0035-04Lean Combustion Technology in Direct I njection G asoline E nginesZH OU Y u -ming 1,H U Jian -li 1,LI U Jia -quan 2(1.Chongqing C ollege of Science and T echnology ,Chongqing 400042,China ;2.North China Oilfield C o.,Renqiu 062500,China )Abstract :This paper introduces lean combustion technology in non -uniform gas inlet and direct injection gas oline engine.It als o introduces separately three -in -one and three separate lean combustion systems.The technology can not only keep its index of dynamic response but als o has better fuel economy ,which can reduce harm ful emissions greatly.K ey w ords :lean combustion ;non -uniform layer gas inlet ;combustion in direct injection gas oline engine ;combustion in precom 2bustion chamber 作者简介:周玉明(1946-),男,教授,主要研究方向:内燃机废气排放控制、内燃机节能。
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
School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University
缸内直喷与稀薄燃烧技术
• 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。
汽车汽油发动机实现稀 燃的关键技术
⑵分层燃烧
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。为了提 高燃烧的稳定性，降低氮氧化物，现在采用燃油喷 射定时与分段喷射技术，即将喷油分成两个阶段， 进气初期喷油，燃油首先进入缸内下部随后在缸内 均匀分布，进气后期喷油，浓混合气在缸内上部聚
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模槽活塞部
• 新开发的气缸内直喷式汽油发动机 “DOHC i-VTEC I”，采用了VTEC发动 机的高度智能化版本，可停止气门动作， 并通过VTC对气门进行最佳控制的“iVTEC”系统，另外还采用了 Honda独创 的中心喷射式的气缸内直喷系统，更融合 了活塞上具有独特凹槽的模槽活塞等新技 术。通过这些技术，实现了空燃比（空气/ 燃料的重量比率）65：1的超稀薄燃烧， 这远远高于以往包括EGR（废气再循环） 直喷发动机在内的40:1的空燃比，在实现 动感行驶的同时达到了低油耗。
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2. 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。
滚流与涡流（Tumble and Swirl）
Tumble
Swirl
3. 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。
GDI（产品）目标
GDIபைடு நூலகம்两种工作模式
GDI空气流动
GDI中油束的扩散
燃料经济性的改善
增加充气效率
增加压缩比
功率变化
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
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。
三菱的GDI燃烧系统
丰田的GDI燃烧系统
GDI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。
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。
射流燃烧室
• 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
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。
MAN燃烧系统
TCCS燃烧系统
本田CVCC燃烧系统
• 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。