第4课 缸内直喷技术幻灯片.ppt

车辆电子控制技术 讲授内容 第四章发动机辅助控制 第4课 车辆电子控制技术 课件 2020年2月28日星期五 1 2 2020年2月28日星期五 本章内容安排 第四章发动机辅助控制 第1课发动机怠速控制第2课发动机排放控制第3课发动机进气控制第4课汽油机缸内直喷技术 本章主要内容 分析怠速 ISC 污染控制 废气再循环 ExhaustGasRecirculation EGR 活性碳罐蒸发 进气增压 稀薄燃烧 GDI ACIS和故障自诊断等控制系统的原理 结构与过程分析 以及安全保险功能和后备系统等功能子系统的基本和控制方法 2 3 2020年2月28日星期五 一 GDI发动机的发展与形成二 GDI发动机的工作原理三 GDI发动机的工作模式四 GDI发动机的电子控制系统 本节课的主要内容 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 3 4 2020年2月28日星期五 1 何谓GDI发动机 是指将喷油嘴设置气缸盖上 直接将高压燃油喷入气缸内与进气混合燃烧的技术 GDI 缸内直喷发动机 GasolineDirectInjection FSI 燃油分层喷射发动机 FuelStratifiedInjection HCCI 均质混合气压燃 HomogeneousChargeCompressionIgnition HPI 高压直喷式汽油机 HighPressureInjection SIDI 双模缸内直喷发动机 一 GDI发动机的发展与形成 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 4 5 2020年2月28日星期五 2 何谓稀薄燃烧 为保证各缸不失火 混合气不能太稀 其空燃比的稀限为17 1将空燃比大于17的燃烧视为稀薄燃烧 经济空燃比 16 1 一 GDI发动机的发展与形成 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 5 6 2020年2月28日星期五 3 稀薄燃烧的优点热效率随空燃比增加而增加 与一般当量空燃比的发动机相比 热效率能提高8 以上 特别是由于稀薄燃烧时的燃烧温度较低 完全燃烧程度高 泵流损失小且不易产生爆震 从而还可进一步提高发动机的热效率 由于稀薄燃烧使燃烧过程保持足够的氧气 因此可有效降低排放中CO和HC 同时由于燃烧温度的降低 可以有效抑制NOx产生所需的高温条件 有利于改善发动机部分负荷特性 在稀燃发动机上 当负荷变化时 由于可采用变质调节 则可有效的降低泵吸损失 从而有利于改进部分负荷时的热效率 一 GDI发动机的发展与形成 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 6 7 2020年2月28日星期五 4 实现稀燃的关键技术 提高压缩比 采用紧凑型燃烧室 通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动旋流 提高气流速度 将火花塞置于燃烧室中央 缩短点火距离 提高压缩比至13 1左右 促使燃烧速度加快 分层燃烧 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 以此实现分层燃烧 高能点火 高能点火和宽间隙的火花塞有利于火核的形成 火焰传播距离缩短 燃烧速度增快 稀燃极限大 稀燃发动机可采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的 一 GDI发动机的发展与形成 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 7 8 2020年2月28日星期五 5 缸内直喷发动机的优点 1 节省燃油 油耗水平可下降3 以上 增加功率2 3 2 减少废气排放 3 提升动力性能 同排量下 最大功率可提高15 4 减少发动机震动 5 喷油的准确度提升 6 发动机更耐用 7 各缸工作不均匀性改善 8 良好的瞬态响应 9 系统优化潜力大 一 GDI发动机的发展与形成 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 8 9 2020年2月28日星期五 1 气缸内涡流的运动在进气过程中 通过直立式进气管 在气缸吸力的作用下 产生强大的下降气流 使充气效率得到提高 又在顶面弯曲活塞的作用下 形成比传统汽油机更强大的滚动涡流 这个滚动涡流 将压缩后期喷射出的旋转油雾 带到燃烧室中央的火花塞附近 然后及时点火燃烧 二 GDI发动机的工作原理 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 9 10 2020年2月28日星期五 2 高压旋转油雾的产生高压旋流喷油器 在压缩行程的后期 此时气缸内压力为0 6MPa 1 5MPa 以5MPa 5 5MPa的高压喷射出旋转的油雾 卷入滚动涡流中 迅速吸热汽化 以层状混合状态被卷到火花塞附近 此时 火花塞附近为高浓度混合气 极易点燃 气缸内的燃气呈 稀包浓 状态 O2分子包围HC分子 形成了一个绝热层 提高了热效率 使功率提高 油耗降低 二 GDI发动机的工作原理 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 10 11 2020年2月28日星期五 3 高速强燃烧涡流的产生 稀包浓 的强燃烧涡流 因未燃物和已燃物温度 密度和离心力的差异 在旋转中逐层的换位和剥离 未燃物温度低 密度大和离心力大 向外移动 已燃物温度高 密度小和离心力小 向内移动 并从内向外稳定地 彻底地分层燃烧 稀包浓 状态的燃气涡流 与气缸壁间产生绝热层 从而提高了热效率 因高压缩比和高速强涡流及涡流分层高效率燃烧的结果 即进气涡流 压缩涡流 燃烧涡流的综合效果 二 GDI发动机的工作原理 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 11 12 2020年2月28日星期五 4 中 小负荷工况时的喷油特点 轿车在市内行驶占有的时间为75 85 多在中 小负荷工况下工作 应在压缩行程后期喷油 以经济超稀薄混合气成分为主 为分层燃烧的混合气 二 GDI发动机的工作原理 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 丰田D 4发动机混合气控制策略 12 13 2020年2月28日星期五 5 大负荷工况时的喷油特点加浓可燃混合气 采用两次喷油方式 第1次是在进气行程 喷入适量燃油 形成均质燃烧混合气 此为补救功能 此时 还可利用燃油的汽化热 来降低进气温度 提高充气效率 第2次是在压缩行程的后期喷油 形成浓稀不均的层状混合气 再点火燃烧 可用在起动工况 急加速工况 二 GDI发动机的工作原理 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 两次喷油方式 空燃比变化特性 13 14 2020年2月28日星期五 二 GDI发动机的工作原理 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 丰田D 4发动机混合气控制策略 大众FSI发动机的控制策略 14 15 2020年2月28日星期五 3模式 分层充气 均质稀混合气 均质混合气1 分层充气模式 进气过程在分层充气模式时 节气门打开 以减少节流损失 进气歧管翻转阀工作 封住各进气歧管的下进气道 使空气运动加速 此时气缸处于进气冲程 吸入的空气呈旋转状进入气缸内 三 GDI发动机的工作模式 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 15 16 2020年2月28日星期五 喷油过程当活塞处于压缩冲程 约上止点前60 CA 曲轴转角 时 喷油器开始喷油 于约上止前45 CA结束喷油 喷油器喷射的燃油被喷射到活塞的凹坑内 喷油时刻的早晚对混合气的形成有很大的影响 三 GDI发动机的工作模式 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 16 17 2020年2月28日星期五 混合气形成发生在压缩上止点40 50 CA之间 如果曲轴转角小于这个范围 反之 如果曲轴转角大于这个范围 则混合气就变成均质混合气了 此时的过量空气系数约为 1 6 3 三 GDI发动机的工作模式 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 17 18 2020年2月28日星期五 点燃作功过程当混合气形成分层时 即使火花塞处混合气较浓 远离火花塞处混合气较稀 火花塞点火 使混合好的气雾点燃作功 混合好的气雾周围的气体起到隔离作用 是缸壁热损耗小 发动机热效率提高 三 GDI发动机的工作模式 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 18 19 2020年2月28日星期五 2 均质稀混合气模式进气过程 均质稀混合气模式的进气过程于分层充气模式相似 此时 节气门大开 进气歧管翻转关闭各进气歧管的下进气道 使空气加速运动 并呈旋转状进入气缸 喷油过程 均质稀混合气模式的喷油始点是在进气行程进行 即在点火上止点前300 CA时喷入汽油 且控制过量空气系数为 1 55左右 三 GDI发动机的工作模式 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 19 20 2020年2月28日星期五 2 均质稀混合气模式 混合气形成 均质稀混合气模式的混合气形成有足够的时间 混合均匀 形成较稀的均质混合气 点燃作功过程 对于均质稀混合气模式 点火时刻有较大的范围优化控制 可自由选择 燃烧发生在整个燃烧室内 三 GDI发动机的工作模式 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 20 21 2020年2月28日星期五 3 均质混合气模式 进气过程 在均质混合气模式 节气门的开度是按油门踏板位置传感器的信号来控制的 进气歧管翻转阀是根据发动机的负载和转速来控制的 可打开 关闭 部分关闭进气歧管的下进气道 喷油过程 均质混合气模式的喷油时刻与均质稀混合气模式相同 即在点火上止点前300 CA时喷入燃油 但此模式的过量空气系数为 1 三 GDI发动机的工作模式 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 21 22 2020年2月28日星期五 3 均质混合气模式 混合气形成 均质混合气模式的混合气形成时间也较长 使混合气能充分混合 形成均质混合气 点燃作功过程 对于均质混合气模式 点火时刻也有较大的范围 根据发动机的负荷 转速 以及其他传感器信号来进行精确控制 三 GDI发动机的工作模式 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 22 23 2020年2月28日星期五 四 GDI发动机的电子控制系统 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 23 24 2020年2月28日星期五 GDI发动机的主要传感器有 1 空气流量计 2 进气温度传感器 3 进气歧管压力温度传感器 4 节气门位置传感器 5 发动机转速传感器 6 霍尔传感器 上止点位置传感器 7 加速踏板位置传感器 8 低压燃油传感器 9 高压燃油传感器 10 爆震传感器 四 GDI发动机的电子控制系统 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 11 冷却液温度传感器 12 进气歧管翻板电位计 13 散热器出口处的冷却液温度传感器 14 EGR阀位置传感器 15 连续变化式氧传感器 16 跃变式氧传感器 17 废气温度传感器 18 NOX传感器 19 海拔高度传感器 24 25 2020年2月28日星期五 GDI发动机的主要执行器有 1 高压喷油器 2 点火线圈 3 进气歧管翻板电磁阀 4 活性炭缸电磁阀 5 增压压力限制电磁阀 6 涡轮增压器空气再循环电磁阀 7 节气门控制单元与节气门电机 8 燃油压力调节器 9 电动燃油泵 10 凸轮轴正时电磁阀 11 主继电器 四 GDI发动机的电子控制系统 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 25 26 2020年2月28日星期五 四 GDI发动机的电子控制系统 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 26 27 2020年2月28日星期五 四 GDI发动机的电子控制系统 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 燃油压力传感器 宽带氧传感器 NOX传感器 27 28 2020年2月28日星期五 四 GDI发动机的电子控制系统 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 NOX传感器 功能 NOX传感器安装在NOX存储式催化转化器的后部 以监测其NOX的存储量 NOX传感器采用电池电动势原理进行检测NOX的浓度 在第一个泵单元 氧成分被调成恒定 14 7kg空气 1kg燃油 值通过泵电流来量取的 废气流经扩散网到达O2测量单元 该单元通过还原电极将氮氧化物分解成氧气和氮气 通过氧 泵电流就可确定NOX的浓度 28 29 2020年2月28日星期五 四 GDI发动机的电子控制系统 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 NOX传感器 1 存储过程当发动机在 稀薄燃烧工作时 废气中的NOX被NOX存储催化转化器表面上白色涂层发生氧化反应 生产NO2 NO2再与氧化钡 BaO 发生化学反应 生成硝酸盐 Ba NO3 2 并存储在催化转化器中 存储过程一般花60 90s 29 30 2020年2月28日星期五 四 GDI发动机的电子控制系统 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 NOX传感器 2 还原过程 NOX的还原当存储式催化转化器中的NOX负载量已达到极限时 发动机控制系统使发动机短时间处均质且 1稀薄燃烧模式 30 31 2020年2月28日星期五 四 GDI发动机的电子控制系统 第4课汽油机缸内直喷技术 第四章发动机辅助控制 2 还原过程 硫的还原这是个单独的过程