直喷均质发动机和直喷稀燃发动机.ppt

第5章 直喷均质发动机和直喷稀燃发动机 第一节 直喷稀燃发动机理论 第二节 典型直喷发动机 第三节 典型直喷稀燃发动机 第5章 直喷均质发动机和直喷稀燃发动机 缸内燃油喷射发动机分为直喷均质发动机和直喷稀燃发动机两种。为了解它得先了解均质和非均质概念。 均质:只在进气行程喷油，这样油和气在活塞的运动帮助下到压缩行程末了时，气缸内的油气浓度各处都相等，怠速用浓混合气，部分负荷空燃比为14. 7的混合气，全负荷用浓混合气。这样的直喷发动机为均质直喷发动机。直喷均质发动机相对缸外喷射而言，高压雾化会更好。现在的所谓直喷发动机大多停留在这个阶段。 第5章 直喷均质发动机和直喷稀燃发动机 非均质:先在进气行程少喷油，这样油和气在活塞的运动帮助下到压缩行程末了时，气缸内的油气浓度各处都相等，且极稀，在火花塞点火之前，向气缸内再喷油，这时此部分油没有时间和周围混合气充分混合，即气缸内的油气浓度不都相等。火花塞附近较浓，其他部分较稀，整个气缸内的混合气总体浓度还是很稀。这样的直喷发动机为非均质直喷发动机或直喷稀燃发动机，仍有待研究。不过国外日本三菱公司已在1996年开始生产直喷稀燃发动机，进口国内的有三菱太空的4 G93发动机，但也有诸多问题存在。 第5章 直喷均质发动机和直喷稀燃发动机 缸内燃油喷射发动机的优点: 关于缸内喷射，20世纪40年代前作过较多的研究，就对实现缸内均匀混合气而言，这种结构形式在当时没有显示出特别的优点，而且造价高，控制和调节困难。但因为其潜在的优越性，各国没有放弃研究。直接喷入气缸的喷射方式总体上有以下7种可能的优点: 第5章 直喷均质发动机和直喷稀燃发动机 (1)脉冲增压可以实现:通过凸轮轴的配气相位的调节，全负荷特性的曲线在很大范围内能满足要求，这样可提高最大扭矩或最大功率。通过进气系统、排气系统、配气相位、转速的协调设计脉冲增压在这种喷射发动机中是可以实现的。 (2)采用更大的气门叠开角:增压四冲程喷射式发动机可采用更大的气阀叠开角以增强扫气和冷却效果。 第5章 直喷均质发动机和直喷稀燃发动机 (3)进气管内无燃料沉积:因为在进气管内只提供空气，燃料不会在进气管系统中沉积，即不存在作为油膜层形式附于进气管壁面的燃料的沉积。因此，一方面可以降低油耗，另一方面对于加速过程也不需要考虑混合气加浓的进气管钻附沉积 (4)进气管造型不受制约:不需考虑燃料及混合气的输送而自由地进行进气管造型设计，可利用空气波动效应以提高供气效率，在全负荷时相应地提高了功率。 第5章 直喷均质发动机和直喷稀燃发动机 (5)可以提高压缩比:进气管不加热和气缸内燃料蒸发时的冷却效应使得缸内温度降低，从而减弱了爆振趋势。这使得采用高压缩比成为可能，因此可以达到更高的平均压力和更高的热效率，即更低的油耗。 (6)可以实现混合气分层:可以在缸内实现混合气的分层，即在缸内形成所需要的非均匀混合气，有利于点火，改善燃烧，降低油耗，特别是在部分负荷时放弃了进气节流，使经济性更好。 (7)冷却燃烧室部件:将燃料直接喷入燃烧室的热区，借助于燃料蒸发时的吸热使得燃烧室内气体侧的热区得以冷却。 第一节 直喷稀燃发动机理论 一、直喷稀燃的两种方法 直喷发动机的设计方法是在火花塞附近提供浓混合气以保证可靠的点火，而以后的大部分反应过程都在稀混合气中进行。尽管混合气很稀，在以前均质的发动机理论中很容易造成燃烧中断，但在非均质的浓混合气已形成的火球会推动燃烧在稀混合气中进行。 第一节 直喷稀燃发动机理论 一种很有效但较复杂的方法是把燃烧室分成主室和副室两个区域，向装有火花塞的副室一直喷入浓混合气，主室喷入稀混合气和浓混合气交替的混合气。这种方案的优点是副室的浓混合气能确保可靠的点火。主室的稀混合气在整个燃烧室中占了主要地位，但仍然由于在整个燃烧过程中为使NOx的催化器的再生得以实现，主室的混合气浓度是变化的，要么很浓，要么特别稀，因此这种方法能显著地减少NOx排放。但是，这样的两燃烧室发动机与传统的一体燃烧室相比，其燃烧室表面积较大，因此未燃碳氢化合物排放较高。 第一节 直喷稀燃发动机理论 另一种方法是直接把汽油喷进燃烧室，在火花塞附近形成一个浓混合气区，周围较远的地区形成稀混合气区，造成混合气分层，从总体看在燃烧室中的混合气是稀的。这种直接喷射也有一些明显的缺点，如输出功率低、设计复杂等。现在使气流以一种精确计算的“涡流模式”进入燃烧室也有可能达到一定程度的进气分层，这种“分层效应”目前还不是很清楚，而且难于控制，导致发动机瞬时扭矩变化非常大。 第一节 直喷稀燃发动机理论 对于汽油机来说，缸内直接喷射形成的高压雾化