直喷及其他技术

1、应用概况应用概况GDI: Gasoline Direct InjectionFSI: Fuel Stratified InjectionTSI: Turbo (Fuel) Stratified InjectionSIDI: Spark Ignition Direct Injection（凯迪拉克）（凯迪拉克）CGI: Stratified-Charged Gasoline Injection （奔驰（奔驰) 直喷发动机技术直喷发动机技术缸内直喷发动机缸内直喷发动机分层喷射分层喷射稀薄燃烧技术稀薄燃烧技术MINI Cooper MINI Cooper 标致标致207CC207CC速腾冠军版速腾冠

2、军版/ /明锐明锐 1.8TSI1.8TSI明锐是国内最先装上直喷发动机的大众集团紧凑型车EA888奥迪奥迪A4LA4L和迈腾和迈腾宝马宝马335i 335i 新君越的新君越的3.0L3.0L和凯迪拉克和凯迪拉克CTSCTS发动机同属通用的HFV6系列，它们的共同特征就是汽缸以54夹角呈V形排列二二 发展简介发展简介普通电喷发动机的喷油嘴位于其缺点：由于是在进气歧管内进行混合，经常会遇到燃烧不完全和很难达到理想空燃比的情况 瑞典工程师乔纳斯瑞典工程师乔纳斯赫赛赫赛曼，曼， 1925 1925 德国，德国，5050年代，直喷二冲年代，直喷二冲程汽油机程汽油机, ,奔驰，皱眉奔驰，皱眉三菱汽车公司

3、，三菱汽车公司，19961996，GalantGalant。投放日本。投放日本。19971997，中级轿车中级轿车GarismaGarisma，西欧市，西欧市场。场。1.8L1.8L，88kW88kW，100km100km油油耗耗5L5L左右。左右。2.4L2.4L四缸机、四缸机、3.0L3.0L六缸机和六缸机和3.5L3.5L六缸。六缸。丰田，丰田，19961996，D4,2LD4,2L克莱斯勒克莱斯勒, ,福特福特大众大众, , 1997,1997,法兰克福汽法兰克福汽车博览会车博览会奔驰，奥迪奔驰，奥迪1 直喷的优势直喷的优势 分层燃烧，燃油经济提高，分层燃烧，燃油经济提高，40：1，1

4、00：1 功率和转矩均提高功率和转矩均提高 工作的均匀性、瞬时反映性、起动性工作的均匀性、瞬时反映性、起动性2 存在的问题存在的问题 中小负荷未燃的HC较多 原因：a 油雾碰到活塞顶部和缸壁 b 局部区域混合气过稀 c 蒸发造成温度过低 微粒排放增加 原因：混合气局部过浓，液态油滴扩散燃烧，缸内温度低，氧化不完全 目标：分层混合气合理形成传统汽油传统汽油发动机发动机直喷汽油发直喷汽油发动机动机共轨柴共轨柴油机油机喷油位置喷油位置进气歧管进气歧管燃烧室燃烧室燃烧室燃烧室喷油时刻喷油时刻活塞的进活塞的进气冲程气冲程在活塞的压缩在活塞的压缩冲程或进气冲冲程或进气冲程程在活塞的在活塞的压缩上止压缩上止

5、点附近点附近喷油压力喷油压力3bar3bar左右左右100bar100bar左右左右1000bar1000bar以上以上三三 燃烧模式燃烧模式目标：目标：控制好混合气浓度在空间的分布及其随时间的变化方法：方法：高精度的高压喷油嘴 缸内气流控制技术 切换燃烧模式 喷油嘴远离火花塞以可靠点火 渐开线形状凹坑渐开线形状凹坑 将气流导向火花塞方向，呈漩涡状将气流导向火花塞方向，呈漩涡状 较窄的区域形成混合气较窄的区域形成混合气 较宽的区域形成燃烧空间，用以促较宽的区域形成燃烧空间，用以促 进混合气快速扩散进混合气快速扩散 蒸发的燃油流向火花塞蒸发的燃油流向火花塞 凹坑防止混合气扩散流出凹坑防止混合气扩

6、散流出1 1 分层燃烧分层燃烧进气歧管关闭进气翻板进气歧管下部，v157电机条件：1 冷却液高于50 2 NOX存储催化温度在250-500 3 中小负荷1 翻板关闭，气流加快，呈漩涡状2 凹坑加强漩涡，节气门打开，减少节流损失3 压缩行程喷油，点火4 喷油角度小，不触顶，空气引入式5 火花塞周围易燃混合气，空气隔离层缸内直接喷射，对缸内的油气混合过程提出了更高的要求，如同柴油机的雾化过程一样，需要仔细匹配发动机的燃烧室和进气道的几何参数，以及喷嘴和火花塞的位置。汽油机缸内直喷为何在压缩行程喷油？为何在压缩行程喷油？ a. 气缸内的压力很大，喷油压力越大，SMD( 油滴的索特平均直径)越小，燃

7、油蒸发越快，雾化程度越高，油滴喷射距离有限，穿透度不深b. 缸内压力增大，充量被强制压缩，密度增大，油滴所受的阻力也增大，运动很快地受到衰减，使油束比较集中，喷射出的燃油穿透距离也保持适中 c. 喷油与活塞顶部凹坑间距离减小，保证了燃油可更加准确而又有效地被喷射在活塞顶部凹坑内，不向外扩散，被迅速地加热汽化，促进空气迅速卷入汽化的燃油中，形成可燃混合气。活塞向上运动，翻滚气流将可燃混合气带往火花塞，在火花塞附近区域聚集形成浓的可燃混合气，在燃烧室的其它空间形成稀薄混合气，实现混合气的分层和超稀薄燃烧。2 2 均质燃烧均质燃烧1 大负荷，高转速，翻板开2 进气行程喷油，形成均质混合气3 混合气混

8、合充分4 无隔离空气层 应尽可能减少油束沾湿活塞和气缸壁面，否则会导致HC排放增加，并且活塞壁面会向燃油提供汽化潜热，从而丧失利用汽化潜热冷却缸内充量以提高容积效率的机会。同时要求油束的穿透深度应当大一些，以便扩大油束在气缸内的分布范围，使其能有足够的空间和时间让燃油和空气进行混合，形成均质充量。故此时应将喷油提早到吸气冲程的前期。不同燃烧模式的控制范围不同燃烧模式的控制范围 四四 燃油系统燃油系统低压，6bar高压，40-110bar单活塞高压泵过压阀单活塞高压泵单活塞高压泵凸轮轴驱动缓冲器1 下行，进油2 上行，出油，入分配管3 计量阀早开，油回流达到轨内压力，计量阀打开，防止压力升高 计

9、量阀是一个断电电磁阀 油轨：分配燃油到油嘴，提供容积容纳波动，储存器，连接架燃油压力传感器压力与输出电压油轨高压涡流喷油器：58MPa。喷油嘴的头部有特殊的涡流腔，可产生强涡流，不仅对喷油嘴喷孔具有自洁作用，使其可靠性得到提高，而且能使燃油喷束的一部分动能直接转化为水平的旋转动能，从而降低了油束的穿透度，避免其沾湿活塞和缸套壁面喷嘴方案的比较喷嘴方案的比较 A 多孔内开式,易于积炭堵塞,雾化分层效果,火焰传播不很稳定B 外开式单孔针式, 设计灵活,密封性差一些C内开式旋流型喷嘴，燃油旋流腔，旋转涡流,喷雾形态和合适贯穿度的配合。不易积炭五五 燃烧类型燃烧类型1 油束控制燃烧系统。燃油喷嘴靠近火

10、花塞，喷油器直接把燃油射向火花塞的电极。燃油混合气能在有限的空间内产生有效的分层，并可保证当整个燃烧室内为稀薄混合气时，火花塞周围仍能形成可供点火的混合气浓度。积碳，难以点火，不稳定2 壁面控制燃烧系统。喷油嘴远离火花塞。喷油器在进气门一侧，活塞凹坑的开口指向进气侧，火花塞在中间， 采用具有特殊形状的立式进气道，吸入的空气通过立式进气道被强制沿气缸壁向下流动，形成逆滚流，从而将喷射的燃油和蒸发的燃油送到火花塞附近。进气道直立后，减少了进气阻力，提高了充气效率，从而使发动机功率得到进一步的增大。活塞顶面通常被设计成弧状的曲线形，并在其上开有小型的球形燃烧室，产生的逆向翻滚气流，将燃油蒸气导向火花

11、塞，在火花塞间隙处形成合适浓度的混合气在压缩过程中，挤流使逆滚流得到加强，有利于燃烧的进行。在燃烧过程后期，逆挤流使火焰传播到排气门一侧。三菱、丰田、Nissan三菱三菱GDI 活塞活塞 挤流挤流涡流涡流滚流滚流五五 排放处理排放处理转化co和HC存贮硫及NOX还原NOX，硝酸盐分解还原硫，650缸内直接喷射是进一步提高汽油机的经济性的主要方向，也是汽油机技术向柴油机技术靠拢的一个步骤；稀薄燃烧的技术和缸内直接喷射配合工作，可以大幅度降低汽油机的排放、改善其经济性。但是燃烧的稳定性等问题需要达到保证。第46页汽油机缸内直喷ECU通过涡轮增压系通过涡轮增压系统对吸入的空气统对吸入的空气进行压缩，

12、增大进行压缩，增大气体密度，从而，气体密度，从而，增加每个进气冲增加每个进气冲程进入燃烧室的程进入燃烧室的空气量，增加循空气量，增加循环供油量，提高环供油量，提高升功率和升扭矩，升功率和升扭矩，达到提高燃烧效达到提高燃烧效率、提高整机使率、提高整机使用经济性。用经济性。转子的工作转速高达每分钟数万转至二十多万转，需要有转子的工作转速高达每分钟数万转至二十多万转，需要有单独的润滑油供应管路，并为浮动轴承提供油膜支撑。单独的润滑油供应管路，并为浮动轴承提供油膜支撑。涡轮增压器的润滑：旁通阀式涡轮增压器轴承润滑：1 导入机油以冷却及润滑轴承；2 使冷却水流经轴承外壳，以达到冷却轴承与机油的目的中间冷

13、却器：空气经增压后温度可达120，直接送入气 缸，则动力损失可达38%；将增压气体温度降低至60，则动力可提高20%。因此，增压压力较高的增压系统，均会安装中间冷却器，以免因空气温度升高而膨胀，使密度降低，含氧量减少。 水冷式 气冷式：带中冷器的涡轮增压系统（Bora A4 1.8T)增压压力传感器G31-101#三线位于活性炭罐前增压空气再循环（N249）进气管下灰色机械式增压空气再循环阀增压压力限制阀(N75)：进气软管上增压压力调节单元V.A.G1397A/V.A.G5051-01-08-115(三档2000转以油门全开加速绝对压力1.6-1.7Bar)=V.A.G1397读数 (1)排

14、气控制：当增压压力超过膜片弹簧弹力时，旁通阀打开以泄压 当增压压力超过预设最大值时，电脑控制使电磁阀打开以泄压，以免因增压压力过高而产生爆震。 （2）进气控制：万一排气旁通阀故障无法打开时，会使进气压力超过规定。当压力超过0.53kgcm2时，进气释放阀打开，一部分空气排到大气中；若是混合气，则流回增压器入口，以防止发动机爆震。 鲁兹式，两个转子，每个转子上有二个或三个直线形或螺旋形的叶片。早期的鲁兹式增压器消耗动力可达15，且耗油。滑动叶片式机械增压器，低转速时，可供应所需的增压压力；中转速至高转速范围时，仅能提供适度的增压压力。 螺旋式：公螺旋有4个凸面叶瓣，母螺旋有6个凹面叶槽，消耗的发

15、动机动力非常少，且压缩后的空气温度较低，因此可不需要中间冷却器。 漩涡式：涡卷式机械增压器。G型增压器。位移器将进气流分成内室与外室。 废气再循环（EGR）的含义是将部分废气重新引入到气缸内参与燃烧，降低气缸内氧气的含量，从而抑止NOx的生成，达到改善排放的目的。主要在富氧的部分负荷时采用。 EGR率太高：燃烧缺氧，HC和CO排放增加； ERG率合适：NOx少而且HC和CO不会恶化； EGR率太低：NOx排放较多。 EGR率一般在10%15%左右EGR控制系统EGR阀的结构EGR阀主要控制流通截面来控制废气的流量为了防止汽油的挥发，造成环境污染和经济性变差，需要有燃油蒸汽控制系统，该系统由碳罐收集油箱挥发出来的蒸汽，经过电磁阀引入进气管，参与发动机的燃烧过程。燃油蒸汽控制系统碳罐的结构第71页电控进排气门不仅可以实现排气相位的柔性控制，还可以在此基础上缸内直接的废气再循环，实现可