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缸内直喷发动机工作原理与检修.ppt
3.2 缸内直喷发动机工作原理与检修 淮安信息职业技术学院 汽车工程系 2012年10月 教学内容: 1、GDI发动机 2、FSI发动机 3、TFSI发动机 4、TSI发动机 汽油喷射的三种技术 (1)化油器式汽油机 (2)进气管喷射电控汽油机 (3)缸内直喷电控汽油机 两种燃油喷射方式汽油机 缸内直喷汽油机结构图 缸内直喷汽油机工作情况 缸内直喷汽油机优点 缸内燃油喷射发动机的优点: (1)脉冲增压可以实现。 (2)可采用更大的气门叠开角。 (3)进气管内无燃料沉积。 (4)进气管造型不受制约。 (5)可以提高压缩比。 (6)可以实现混合气分层燃烧。 (7)可直接冷却燃烧室部件。 搞清几个概念: (1)GDI(Gasoline Direct Injection ) 汽油直接喷射缸内直喷发动机 (2)FSI(Fuel Stratified Injection ) 燃油分层喷射缸内直喷发动机 (3)TFSI(Turbo?Fuel?Stratified?Injection ) 带涡轮增压器的燃油分层喷射缸内直喷发动机 (4)TSI(Twincharger(Fuel)Stratified Injection ) 带机械增压器和涡轮增压器的燃油分层喷射缸内直喷发动机 3.2.1 GDI发动机 1、GDI发动机燃油供给系统基本组成 系统主要由低压输油泵、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。 广泛应用内开式旋流喷油器,只有一个喷孔,工作油压为5.0-10MPa。 GDI发动机控制系统原理图 2、喷射模式 GDI分两步喷射的过程,第一步在进气冲程中喷射汽油以降低气体温度,适应高压缩比;第二步在压缩冲程后期喷射汽油,形成上面阐述过的层状混合气形态。 (1)单阶段喷射模式 在中小负荷时,燃油在压缩行程后期喷入,实现混合气分层稀燃并采用质调节以避免节流阀的节流损失,从而使GDI汽油机达到与柴油机相当的经济性。 在大负荷和全负荷时,燃油在进气行程中喷入气缸,实现均质预混合燃烧,以保持汽油机升功率高的特点。 (2)多阶段喷射模式 多阶段喷射模式是指在进气行程中先喷入所需燃料的1/4,形成极稀的均质混合气,其余燃料在压缩行程后期再次喷入,形成分层混合气。 应用该技术可实现发动机从中小负荷到大负荷的平稳过渡,降低气缸内的气体温度,抑制爆燃的产生。 3、燃烧系统 GDI发动机燃烧系统按喷油器和火花塞的相对位置和混合气的组织形式可以有3种类型: (1)喷束引导法——燃油喷嘴靠近火花塞布置,火花塞位于燃油喷束的边缘,这种方式的优点是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。 Ford、Honda等公司生产的某些机型。 (2)壁面引导法——燃油喷嘴远离火花塞布置,利用特殊形状的活塞表面配合气流运动,将燃油蒸气导向火花塞并在火花塞间隙形成合适浓度的混合气, MITSUBISHI、TOYOTA、NISSAN等公司开发的机型。 (3)气流引导法——同样是燃油喷嘴远离火花塞,利用缸内有组织的气流运动来达到上述目的。 FEV、AVL等公司开发的机型。 4、缸内空气运动的组织 GDI发动机缸内空气的运动有涡流、滚流和挤流,目前大部分GDI发动机应用涡流作为缸内空气运动的主要形式。 其特点是持续时间长,在缸内的径向发散少,对保持混合气的相对集中和分层有利,可以充分利用它来维持压缩冲程中的混合气分层。 5、GDI发动机的优点 与传统式汽油机比较: (1) 燃油经济性更好。 (2) 最高动力相似。 (3) 扭力更好,特别在低转速时。 (4) 有害的气体更少。 与柴油机比较: (1) 更大的动力与扭力。 (2) 操作更迅速。 (3) 振动少。 (4) 反应更敏捷。 (5) NOx的含量更少。 与稀薄燃烧的汽油机比较: (1) 燃油经济性更好。 (2) 输出功率较大。 (3) 扭力更大。 (4) 有害气体更少。 6、GDI发动机存在的问题 (1)中小负荷下未燃碳氢(UBHC)的排放较多 。 (2)空燃比不在当量比附近,目前成熟的三元催化技术不能得到有效利用,因而NOx排放较高。GDI发动机较高的压缩比和较快的反应放热率也会引起NOx升高。 采用了EGR技术解决这个问题。 (3)在低负荷、过渡工况和冷起动的情况下,GDI发动机的微粒排放比进气道喷射发动机有明显增加。 (4)在理论要求的范围内控制分层混合气的组织和燃烧较为困难。 (5)工况变化时(实现“早喷”和“迟喷”之间的平滑过渡)所要求的喷射策略较为复杂,发动机负荷的“无级”变化较难。 (6)气缸内的燃烧沉积物较多,使用高能点火,影响火花塞寿命。 (7)喷嘴本身无自洁作用,容易结构污染。
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