汽车发动机论文

1、汽车缸内直喷技术新技术及其发展趋势缸内直喷技术是一种新型的进气燃烧技术，采用与柴油机相似的燃料供给/气体原理。活塞泵提供大约100巴的压力，并向位于气缸内的电磁喷射器供应汽油。然后，通过计算机控制的喷射器在最合适的时间将燃料直接喷射到气缸中进行燃烧。由于控制精度接近毫秒，油气混合比可以最有效地调节到最佳状态，从而保证汽油的充分燃烧和最小化功率损失。关键词：汽油机，缸内直喷技术，分层燃烧，燃油经济性1.缸内直喷技术的发展历史汽油机的发展经历了100多年的漫长历史，其中里程碑式的发展阶段是以油气混合方式和机理的变化为标志的。20世纪50年代，德国开发了二冲程直喷汽油机。然而，当时的机械制造技术和电

2、子控制水平较低，性能和排放也不理想。20世纪90年代以来，缸内直喷汽油机的研究取得了很大进展。缸内直喷汽油机改变了预混汽油机的混合机理，可以采用稀薄分层燃烧技术来降低碳氢化合物等有害排放。直喷模式下油滴的蒸发主要依靠空气吸热，而不是壁面吸热，这降低了混合气的温度和体积，降低了爆燃倾向，提高了发动机压缩比。此外，GDI汽油机还具有瞬态响应好、易于实现精确空燃比控制、快速冷启动、减速和快速断油的特点。在这些方面，缸内直喷汽油机明显优于缸内直喷汽油机。因此，许多外国汽车公司和研究机构已经成功开发了自己的GDI发动机模型。1996年，日本三菱公司率先采用垂直进气口和曲面活塞。在进气冲程中吸入的空气通过

3、垂直进气管被吸入气缸，形成强烈的滚流。喷射的燃料由弯曲的燃烧室壁引导，并被送到气缸中心的火花塞附近，以形成稳定的燃烧。开发的汽油直喷发动机应用于跑车格兰仕，其油耗和二氧化碳排放比同等功率的传统汽油车降低了30%。随后，搭载GDI发动机的中型汽车Carisma在西欧上市。2000年底，大众汽车公司开发了一种稀燃直喷式汽油发动机卢波PSI。它在高驱动力下每100公里的油耗只有4。9L，成为世界上第一辆5L汽油发动机汽车。实验表明，与同等输出功率的进气道喷射汽油机相比，Lupo PSI的油耗降低了34%。2004年，奥迪开发了一款2。0T-FSI分层直喷增压汽油机。然后是1。8T-FSI高性能发动机

4、是为2007年初新奥迪A3轿车配备的A级轿车开发的。2005年，TFSI涡轮增压汽油直喷发动机安装在全新的奥迪A4 2上。0T被权威杂志评为世界十大发动机之首，代表了世界汽车发动机技术的最高水平。日本丰田公司的直喷式发动机采用可变涡流技术，通过气缸内气流的运动在火花塞周围形成可燃混合气。为了减少氮氧化物的排放，使用了EGR和氮氧化物吸附催化反应器。实验结果表明，装有该发动机的汽车油耗为17。4公里/升，而装有燃料电池发动机的相应汽车为13公里/升，节省约34%。美国福特公司的直喷式发动机采用等空燃比的均质混合气和传统的三元催化反应器，降低了排放处理的难度。稳态试验表明，部分负荷时汽油机的燃油经

5、济性可提高5%，怠速时可提高10%。2.缸内直喷技术的技术现状在现代缸内直喷发动机供油系统设计中，为了达到分层稀薄混合气所要求的喷雾质量和灵活的喷油定时，采用了高精度、快速响应的灵活电子控制手段。电磁驱动喷油器高压共轨喷射系统被认为是满足缸内柔性喷射要求的喷射系统之一。该系统由低压输油泵、燃油压力传感器、喷油压力控制阀、高压油泵、蓄压燃油轨、喷油器等组成。电动低压输油泵将燃油从油箱输送到高压油泵，高压油泵由发动机凸轮轴驱动，低压油泵将压力约为0.35兆帕的燃油压力提高到8 12兆帕，输送到蓄压燃油轨，充满各缸喷油器的油腔。当电子控制单元给喷油器的电磁线圈通电以打开针阀时，汽油通过喷嘴喷入气缸。

6、缸内直喷发动机需要形成高质量的混合气，除了依靠进气涡流外，还要求喷油器有高的喷雾质量。由于燃料蒸发和混合的短暂气味，要求喷雾应雾化。一般情况下，缸内直接喷射的油粒平均直径为20 25微米，因此喷射压力应保持在4 13兆帕。为了实现油气的均匀混合，喷雾必须广泛分散在整个燃烧室中。此外，如果喷雾在直线方向上运动太强，燃料将直接喷在气缸壁上，形成油滴沿气缸壁向下流动，这不利于混合气体的形成，还会冲洗润滑油膜，破坏润滑性能。因此，燃料喷射器应该能够确保喷射的汽油颗粒的速度在喷射直线方向上急剧衰减，而在圆周运动方向上的油颗粒应该尽可能保持高速运动，以便于混合物的形成。在燃油喷射系统中，喷油器的结构对喷雾

7、质量有很大影响。由于汽油机的喷射压力远低于柴油机，如果采用多孔喷油器，其喷嘴在工作时容易积碳堵塞，雾化分层不好，燃烧时火焰传播不稳定，所以缸内直喷发动机一般不采用多孔喷油器。目前，内开式涡流喷油器广泛应用于缸内直喷式发动机，该发动机只有一个喷油孔，工作油压为5.0-10兆帕，燃油涡流室设置在缸内，通过选择涡流比可以获得较好的喷射模式和适当的穿透力，且喷射方向易于调整，便于布置在缸内。直喷式发动机的燃油喷射模式可分为单级喷射模式和多级喷射模式。单级喷射方式是指在中、小负荷下，在压缩冲程的后期喷射燃料，实现混合气的分层稀薄燃烧，并采用质量控制来避免节流阀的节流损失，从而使直喷汽油机达到与柴油机同等

8、的经济性；在重负荷和全负荷下，燃料在进气冲程期间被喷射到气缸中，以实现均质预燃烧和燃烧，从而保持汽油发动机高功率上升。多级喷射模式意味着在进气冲程中首先喷射1/4的所需燃料，以形成非常稀的均匀混合物，剩余的燃料在压缩冲程的后期再次喷射，以形成分层混合物。当火花塞点燃时，首先在浓混合气处形成强烈的火焰，然后迅速蔓延到稀混合气空间。该技术的应用可以实现发动机从中小负荷到大负荷的平稳过渡，降低缸内气体温度，抑制爆燃。燃烧系统的设计是直喷式发动机的关键技术。为了成功实现中小负荷分层稀薄燃烧和大负荷均匀预混，有必要优化和合理协调燃油喷射、气流运动和燃烧室形状。发展了直喷式发动机燃烧系统。根据喷油器和火花

9、塞的相对位置以及混合气的组织形式，有三种类型。“射流导向法”、“壁面导向法”和“气流导向法”。3.缸内直喷技术的研究与发展方向目前GDI技术仍处于成熟阶段，各种问题不可避免。然而，GDI研究必须在确保动态性能的基础上尽可能“节能减排”。从目前的形式来看，低碳问题是最重要的一个。稀燃催化剂的发展将直接影响汽油机排放问题的解决。目前，有稀燃催化还原型氮氧化物催化转化器和氮氧化物振荡型等。然而，这些催化剂都不同程度地存在着转化率低、工作温度范围窄、控制复杂、性能不如传统三效催化剂等问题，需要进一步研究。二次燃烧是指在正常分层燃烧的怠速运行期间，除了在压缩冲程的后期喷射燃料之外，在膨胀冲程的后期再次喷射少量燃料，并且在气