汽车发动机论文

1、汽车发动机缸内直喷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，它采用了与柴油机相似的供油/供气原理。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级，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，使动力损失最小化。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，其中以油气混合方式和机理的变化为标志的里程碑式发展阶段。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

2、电子控制水平较低，其性能和排放都不理想。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物。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、快速冷起动、减速和快速断油等特点。在这些方面，直喷汽油机明显优于直喷汽油机。因此，许多国外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立式进气口和曲面活塞。在进气冲程中吸入的空气通过垂直

3、进气管被吸入气缸，形成强烈的翻滚流。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。将开发的汽油直喷发动机应用于Galant跑车，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，在西欧推出了一款配备GDI发动机的中型汽车Carisma。在2000年底，大众汽车公司开发了路波PSI，一种稀燃直喷汽油发动机。它在高驱动力下每100公里的油耗只有4。9L，使其成为世界上第一辆5L汽油发动机汽车。实验表明，在相同的输出功率下，Lupo PSI的油耗比进气道喷射汽油机降低了34%。2004年，奥迪开发了一款2。0T-FSI分层直喷增压汽油发动机。然后是1。8

4、T-FSI高性能发动机是为2007年初装备在新奥迪A3轿车上的A级轿车开发的。2005年，TFSI涡轮增压汽油直喷发动机装备在全新的奥迪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GDI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，采用了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。4千米/升，而相应的装有PFI发动机的汽车为13千米/升，节能约34%。美国福特公司的GDI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

5、，汽油机在部分负荷下燃油经济性可提高5%，在怠速时可提高10%。2.缸内直喷技术的技术现状在现代直喷式发动机供油系统设计中，为了实现分层稀混合气所要求的喷射质量和灵活的喷油正时，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，高压油泵由发动机的凸轮轴驱动，通过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，并将其输送到蓄压燃油轨，填充各缸喷油器的油腔。当电子控制单元使喷油器的电磁线圈通电

6、以打开针阀时，汽油通过喷嘴喷入气缸。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，还要求喷油器喷射质量高。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，缸内直接喷射的油颗粒平均直径为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移动过猛，燃油会直接喷到气缸壁上，形成油滴顺着壁面流下，不利于混合气的形成，还会冲洗润滑油膜，破坏润滑性能。因此，喷油器应能保证喷射的汽油颗粒的速度在喷射直线方向急剧衰减，而在圆周运动方向的油颗粒应尽可能保持高速运动，以利于混合物的形成。在燃油喷射系统中，喷油器

7、的结构对喷射质量有很大影响。由于汽油机的喷射压力远低于柴油机，如果使用多孔喷油器，其喷嘴在工作时容易积碳和堵塞，雾化分层不好，燃烧时火焰传播不稳定，所以GDI发动机一般不使用多孔喷油器。目前，内开式旋流喷射器在GDI发动机中应用广泛，只有一个喷孔，工作油压为5.0-10 MPa，并在其中设置燃油旋流室，通过选择旋流比，可以获得较好的喷雾形态和适当的穿透性，且喷雾方向易于调整，便于在缸内布置。直喷式发动机的燃油喷射方式可分为单级喷射方式和多级喷射方式。单级喷射方式是指在中、小负荷时，在压缩冲程的后期喷射燃料，以实现混合气的分层稀燃，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

8、机相同的经济性；在重负荷和满负荷下，在进气冲程期间，燃料被喷射到气缸中，以实现均匀的预燃烧和燃烧，从而保持汽油发动机的高功率上升。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，而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。当火花塞点火时，先在浓混合气处形成强火焰，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喷油、气流运动和燃烧室形状。开发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，分为三种类型。“射流引导法”、“壁面引导法”和“气流引导法”。3.缸内直喷技术的研究与发展方向现在GDI技术还处于成熟阶段，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直喷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。但是，这些催化剂都不同程度地存在一些问题，如转化率低、工作温度范围窄、控制复杂、性能不如传统的三效催化剂等，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，并且在气缸中的高温高