缸内直喷技术PPT课件

1、车辆电子控制技术车辆电子控制技术12021年11月19日星期五本章内容安排第四章 发动机辅助控制第第1 1课课 发动机怠速控制发动机怠速控制第第2 2课课 发动机排放控制发动机排放控制第第3 3课课 发动机进气控制发动机进气控制第第4 4课课 汽油机缸内直喷技术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（Exhaust Gas Recirculation，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。第1页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技

2、术22021年11月19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 发动机辅助控制第2页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术32021年11月19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（Gasoline Direct Injection）FSI燃油分层喷射发动机（Fuel Stratified Injection）HCCI均质混合气压燃（Homogeneous Charge Comp

3、ression Ignition）HPI高压直喷式汽油机（High Pressure Injection）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 发动机辅助控制第3页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术42021年11月19日星期五2.何谓稀薄燃烧？u为保证各缸不失火，混合气不能太稀，其空燃比的稀限为17：1u将空燃比大于17的燃烧视为稀薄燃烧。u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 发动机辅助控制第4页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术52021年11月19日星期五3.稀薄燃烧的优点u热

4、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；u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；u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 发动机辅助控制第5页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术62021年

5、11月19日星期五4. 实现稀燃的关键技术：u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。u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。u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

6、机缸内直喷技术第四章 发动机辅助控制第6页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术72021年11月19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23。（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 发动机辅助控制第7页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术82021年11月19日星期五1.气缸内涡流的运动u在进气过程中，通过直立式进气管，在

7、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。u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 发动机辅助控制第8页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术92021年11月19日星期五2.高压旋转油雾的产生u高压旋流喷油器，在压缩行程的后期（此时气缸内压力为0.6MPa1.5MPa），以5MPa5.5MPa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。u此时，火花塞附近为高浓度混合

8、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 发动机辅助控制第9页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术102021年11月19日星期五3.高速强燃烧涡流的产生u “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。u “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

9、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 发动机辅助控制第10页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术112021年11月19日星期五4. 中、小负荷工况时的喷油特点。u 轿车在市内行驶占有的时间为7585，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第11页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术122021年11月19日星期五5.大负荷

10、工况时的喷油特点u 加浓可燃混合气，采用两次喷油方式。u 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。u 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。u 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 空燃比变化特性第12页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术132021年11月19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

11、第13页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术142021年11月19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u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。u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 发动机辅助控制第14页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术152021年11月19日星期五喷油过程 当活塞处于压缩冲程，约上止点前60CA（曲轴转角）时，喷油器开始喷油，于约上止前45CA结束喷油，喷油器喷射的燃油被喷射到

12、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 第15页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术162021年11月19日星期五混合气形成u发生在压缩上止点40-50CA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。u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 第16页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术172021年11月19日星期五 点燃作功过程u当混合气形成分层时，即使火花塞处混合气较

13、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。u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 第17页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术182021年11月19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300CA时喷入汽油，且控制过量空气系数为=1.55左右。三、

14、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 第18页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术192021年11月19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 发动机辅助控制第19页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术202021年11月19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

15、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300CA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 发动机辅助控制第20页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术212021年11月19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

16、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 发动机辅助控制第21页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术222021年11月19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 发动机辅助控制第22页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术232021年11月19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

17、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）海拔高度传感器第23页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术242021年11月19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（1

18、0）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 发动机辅助控制第24页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术252021年11月19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 发动机辅助控制第25页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术262021年11月19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传感器第26页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术272021年11月19日星期五四、GDI发动机的电子控制系统第4课 汽油机缸

19、内直喷技术第四章 发动机辅助控制NOX传感器功能：u 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。u 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。u 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。第27页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术282021年11月19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u当发动机在稀薄燃烧工作时

20、，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。uNO2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6090s。第28页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术292021年11月19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u 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。第29页/共34页车辆电子控制技术车辆电子控制技术302021年11月19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u 这是个单独的过程，因为产生硫的化学稳定性很高，这些硫在氮氧化物的怀远过程是不会分解的。硫也会占据存储空间，这会导