第三章缸内直接喷射技术资料.
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• 1.采用缸内直接喷射技术的优势 • (1)节省燃油
– 现代发动机技术的趋势之一就是节约燃料,而缸 内直喷技术可以大大提升燃油的雾化程度及其 与空气混合的效率。采用缸内直喷技术的车型 燃油消耗水平可下降20%以上。
• (2)减少废气排放
– 缸内直喷发动机的高压燃油泵能提供高达 12MPa的压力,确保燃料充分燃烧,最大程度地 减少废气中的有害污染物,保护环境。
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• 2.缸内直接喷射 与传统燃油喷射 汽油机的区别
• 传统的燃油喷射 汽油发动机将汽 油喷入进气歧管。 雾化的汽油在进 气歧管内开始与 空气混合,然后再 进入到气缸中燃 烧。
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• 缸内直接喷射汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术,通 过一个高压燃油泵提供10MPa以上的压力,将汽油提供给位于 气缸内的喷油器。然后通过电控单元控制喷油器将燃料在最恰 当的时间直接喷入燃烧室, 燃烧室内较强的涡流使空气和汽油 充分混合，使火花塞周围区域能有较浓的混合气,周边区域有较 稀的混合气,保证了顺利点火并能实现稀薄燃烧。
– 三菱1.8L顶置双凸轮轴16气门4G93型 GDI(Gasoline Direct-Injection)发动机自 1996年首次推出之后得到了广泛的应用,迄今 为止三菱汽车公司共生产了一百多万台GDI发 动机。
– GDI发动机采用壁面引导燃烧方法和两次喷射, 采用了立式吸气口、弯曲顶面活塞、高压旋转 喷油器等三种技术手段。
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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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• 一、缸内直接喷射技术
• 缸内直接喷射技术是指将喷油器植入气缸内,利用 发动机电控系统经过计算分析精确控制喷射量,通 过高压将汽油喷入燃烧室,使缸内燃油与空气接近 理想的混合状态,并由火花塞点燃实现充分燃烧,从 而提高发动机的动力性和燃油经济性,同时将有害 气体排放降到最低水平。
• 传统的汽油机(包括化油器式和大部分进气 道喷射汽油机)，一般在空燃比 A/F=12.6～17范围内工作，其混合气是均 质的。所谓稀薄燃烧汽油机是一个范围很 广的概念，只要A/F〉17，就可以称为稀 薄燃烧汽油机。
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• 稀燃汽油机分为两类，一类是非直喷式 汽油机，包括化油器式和进气管喷射式 汽油机，即使采取一些特殊技术措施， 一般只能在A/F <25的范围内工作。而 另一类是缸内直喷式汽油机，可在 A/F=25~50范围内稳定工作。
• （3）喷束引导法
– 喷油器在燃烧室中央，火花塞在喷油器附近， 依靠油束的贯穿深度来保证空气的利用率。
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• 5.缸内空气流动 • 涡流
– 旋转轴线平行于气缸中心线。
• 滚流
– 旋转轴线垂直于气缸中心线。
• 挤流
– 形成于压缩行程上止点时与缸盖间隙处的径向 气体运动。
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• 三、缸内直接喷射技术的实际应用 • 1.三菱缸内汽油直接喷射GDI
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• (3)提升动力性能
– 由于燃料的混合更充分,燃烧更彻底,使燃料转 化为动能的效率提升,直接推动了发动机动力性 能的提高,同排量下,最大功率可提高15%。
• (4)减少发动机振动
– 由于缸内直喷技术燃烧稀混合气,缸内爆燃情况 大大减少,高压缩比对降低发动机低速下的振动 也有明显的效果。
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• (5)喷油量的准确度提升
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• (1)立式吸气口
– 立式吸气口代替了传统的横向吸气口,通过来自上方的 强大下降气流,形成与以往发动机相反的缸内空气流 动——纵向涡流转流。
• (2)弯曲顶面活塞
– GDI发动机活塞的顶部一半是球形,另一半是壁面。活 塞顶面的凸起部分像屋顶,又称“弯曲顶面活塞”,它缩 小了燃烧室的容积,有助于形成强势涡流。缩小燃烧室 容积必然提高了压缩比,因此GDI的压缩比可达到12。 压缩比提高了,缸内温度必然也随之提高,有助于稀燃。 压缩比高,输出功率增大,这样也就弥补了稀燃带来的功 率损失。
• 另一个问题是汽油中的硫成分。由于硫酸的化学 特性与氮氧化物的类似,所以硫也同样会被储存在 氮氧化物存储式催化转化器内,并且占用了应当存 储氮氧化物的空间。汽油中硫的含量越高,存储式 催化转化器的再生就越频繁,因此就要消耗额外的 汽油。
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• 二、缸内直接喷射技术的发展 • 1.燃油供给系统
– 缸内直接喷射汽油发动机燃油供给系统, 采用 了精度高、响应快的柔性电控手段。
– 喷油器和火花塞相隔较远，喷油器把燃油喷入 活塞凹坑中，依靠进气气流的惯性将油气混合 并送往火花塞。喷油器一般安装在进气门侧， 活塞凹坑开口对向进气门侧，油气混合后直接 流向火花塞。混合气形成时间较长，易于形成 较大区域的可燃混合气。
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• （2）气流引导法
– 特殊形状的进气道与喷油器呈一定的夹角，给 混合气一定的回旋力，利用活塞表面的特殊形 状形成缸内气流，使油气不直接喷向火花塞， 而是在气缸内形成涡流围绕火花塞旋转。
– 多阶段喷射模式是指在进气行程中先喷入所需 燃料的1∕4，形成极稀的均质混合气，其余燃 料在压缩行程后期再次喷入，形成分层混合气。 可实现中小负荷到大负荷的平稳过渡，降低缸 内的温度，抑制爆燃的产生。
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• 4.燃烧系统
• 按照喷油器和火花塞的相对位置和混合气 的组织形式有三种类型。
• （1）壁面引导法
• 2.喷射系统
– 采用内开式旋流喷油器，可通过涡流比的选择 实现较好的喷雾形态和合适的贯穿度，且喷束 方向便于调整。
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• Leabharlann Baidu.喷射模式
• 分为单阶段喷射模式和多阶段喷射模式。
– 单阶段喷射模式是指在中小负荷时，燃油在压 缩行程后期喷入，实现混合气分层稀燃。在大 负荷和全负荷时，燃油在进气行程中喷入气缸， 实现均质燃烧。
– 缸内直喷技术的关键就是电控系统的精确控制。由于 电控系统会感知发动机缸内的实际工作情况,并在瞬间 完成对喷油量、喷油时间和压力的微调,保证发动机始 终处于精确的喷油状态。
• (6)发动机更耐用
– 新技术不但提升效率,减少排放,更对发动机寿命的延长 起到积极的作用。燃油被直接喷射于气缸内并迅速转 化为能量,大大降低了传统发动机燃油依附于进气歧管 而带来的积炭等损害。
• 1.采用缸内直接喷射技术的优势 • (1)节省燃油
– 现代发动机技术的趋势之一就是节约燃料,而缸 内直喷技术可以大大提升燃油的雾化程度及其 与空气混合的效率。采用缸内直喷技术的车型 燃油消耗水平可下降20%以上。
• (2)减少废气排放
– 缸内直喷发动机的高压燃油泵能提供高达 12MPa的压力,确保燃料充分燃烧,最大程度地 减少废气中的有害污染物,保护环境。
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• 2.缸内直接喷射 与传统燃油喷射 汽油机的区别
• 传统的燃油喷射 汽油发动机将汽 油喷入进气歧管。 雾化的汽油在进 气歧管内开始与 空气混合,然后再 进入到气缸中燃 烧。
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• 缸内直接喷射汽油发动机采用类似于柴油发动机的供油技术,通 过一个高压燃油泵提供10MPa以上的压力,将汽油提供给位于 气缸内的喷油器。然后通过电控单元控制喷油器将燃料在最恰 当的时间直接喷入燃烧室, 燃烧室内较强的涡流使空气和汽油 充分混合，使火花塞周围区域能有较浓的混合气,周边区域有较 稀的混合气,保证了顺利点火并能实现稀薄燃烧。
– 三菱1.8L顶置双凸轮轴16气门4G93型 GDI(Gasoline Direct-Injection)发动机自 1996年首次推出之后得到了广泛的应用,迄今 为止三菱汽车公司共生产了一百多万台GDI发 动机。
– GDI发动机采用壁面引导燃烧方法和两次喷射, 采用了立式吸气口、弯曲顶面活塞、高压旋转 喷油器等三种技术手段。
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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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• 一、缸内直接喷射技术
• 缸内直接喷射技术是指将喷油器植入气缸内,利用 发动机电控系统经过计算分析精确控制喷射量,通 过高压将汽油喷入燃烧室,使缸内燃油与空气接近 理想的混合状态,并由火花塞点燃实现充分燃烧,从 而提高发动机的动力性和燃油经济性,同时将有害 气体排放降到最低水平。
• 传统的汽油机(包括化油器式和大部分进气 道喷射汽油机)，一般在空燃比 A/F=12.6～17范围内工作，其混合气是均 质的。所谓稀薄燃烧汽油机是一个范围很 广的概念，只要A/F〉17，就可以称为稀 薄燃烧汽油机。
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• 稀燃汽油机分为两类，一类是非直喷式 汽油机，包括化油器式和进气管喷射式 汽油机，即使采取一些特殊技术措施， 一般只能在A/F <25的范围内工作。而 另一类是缸内直喷式汽油机，可在 A/F=25~50范围内稳定工作。
• （3）喷束引导法
– 喷油器在燃烧室中央，火花塞在喷油器附近， 依靠油束的贯穿深度来保证空气的利用率。
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• 5.缸内空气流动 • 涡流
– 旋转轴线平行于气缸中心线。
• 滚流
– 旋转轴线垂直于气缸中心线。
• 挤流
– 形成于压缩行程上止点时与缸盖间隙处的径向 气体运动。
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• 三、缸内直接喷射技术的实际应用 • 1.三菱缸内汽油直接喷射GDI
4
• (3)提升动力性能
– 由于燃料的混合更充分,燃烧更彻底,使燃料转 化为动能的效率提升,直接推动了发动机动力性 能的提高,同排量下,最大功率可提高15%。
• (4)减少发动机振动
– 由于缸内直喷技术燃烧稀混合气,缸内爆燃情况 大大减少,高压缩比对降低发动机低速下的振动 也有明显的效果。
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• (5)喷油量的准确度提升
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• (1)立式吸气口
– 立式吸气口代替了传统的横向吸气口,通过来自上方的 强大下降气流,形成与以往发动机相反的缸内空气流 动——纵向涡流转流。
• (2)弯曲顶面活塞
– GDI发动机活塞的顶部一半是球形,另一半是壁面。活 塞顶面的凸起部分像屋顶,又称“弯曲顶面活塞”,它缩 小了燃烧室的容积,有助于形成强势涡流。缩小燃烧室 容积必然提高了压缩比,因此GDI的压缩比可达到12。 压缩比提高了,缸内温度必然也随之提高,有助于稀燃。 压缩比高,输出功率增大,这样也就弥补了稀燃带来的功 率损失。
• 另一个问题是汽油中的硫成分。由于硫酸的化学 特性与氮氧化物的类似,所以硫也同样会被储存在 氮氧化物存储式催化转化器内,并且占用了应当存 储氮氧化物的空间。汽油中硫的含量越高,存储式 催化转化器的再生就越频繁,因此就要消耗额外的 汽油。
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• 二、缸内直接喷射技术的发展 • 1.燃油供给系统
– 缸内直接喷射汽油发动机燃油供给系统, 采用 了精度高、响应快的柔性电控手段。
– 喷油器和火花塞相隔较远，喷油器把燃油喷入 活塞凹坑中，依靠进气气流的惯性将油气混合 并送往火花塞。喷油器一般安装在进气门侧， 活塞凹坑开口对向进气门侧，油气混合后直接 流向火花塞。混合气形成时间较长，易于形成 较大区域的可燃混合气。
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• （2）气流引导法
– 特殊形状的进气道与喷油器呈一定的夹角，给 混合气一定的回旋力，利用活塞表面的特殊形 状形成缸内气流，使油气不直接喷向火花塞， 而是在气缸内形成涡流围绕火花塞旋转。
– 多阶段喷射模式是指在进气行程中先喷入所需 燃料的1∕4，形成极稀的均质混合气，其余燃 料在压缩行程后期再次喷入，形成分层混合气。 可实现中小负荷到大负荷的平稳过渡，降低缸 内的温度，抑制爆燃的产生。
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• 4.燃烧系统
• 按照喷油器和火花塞的相对位置和混合气 的组织形式有三种类型。
• （1）壁面引导法
• 2.喷射系统
– 采用内开式旋流喷油器，可通过涡流比的选择 实现较好的喷雾形态和合适的贯穿度，且喷束 方向便于调整。
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• Leabharlann Baidu.喷射模式
• 分为单阶段喷射模式和多阶段喷射模式。
– 单阶段喷射模式是指在中小负荷时，燃油在压 缩行程后期喷入，实现混合气分层稀燃。在大 负荷和全负荷时，燃油在进气行程中喷入气缸， 实现均质燃烧。
– 缸内直喷技术的关键就是电控系统的精确控制。由于 电控系统会感知发动机缸内的实际工作情况,并在瞬间 完成对喷油量、喷油时间和压力的微调,保证发动机始 终处于精确的喷油状态。
• (6)发动机更耐用
– 新技术不但提升效率,减少排放,更对发动机寿命的延长 起到积极的作用。燃油被直接喷射于气缸内并迅速转 化为能量,大大降低了传统发动机燃油依附于进气歧管 而带来的积炭等损害。