稀薄燃烧和缸内直喷技术.ppt

现代轿车技术－ 汽油机稀薄燃烧与缸内直喷技术 稀薄燃烧的背景 滚流与涡流（Tumble and Swirl） GDI（产品）目标 GDI的两种工作模式 GDI空气流动 GDI中油束的扩散 燃料经济性的改善 增加充气效率 增加压缩比 功率变化 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University 上海交通大学内燃机研究所 目前世界各国均面临着温室效应引发的全球气候变暖，以及石油资源渐趋枯竭的双重压力。 将过量空气系数从λ＝1左右提高到且远超过1.1的水平，可以降低发动机油耗并改善CO2排放，这就是稀薄燃烧。过稀的混合气会给燃烧带来麻烦。主要的问题有点燃困难、燃烧不稳定、催化转化器的NOx转化效率下降等问题。 稀薄燃烧只是在部分负荷工况范围实行稀薄燃烧，启动、怠速、加速和全负荷都不能实行稀薄燃烧。 几种典型的稀薄燃烧系统： 均质稀混合气燃烧：这种燃烧方式主要是通过提高压缩比、改进点火系统以及加强混合气的紊流等来实现的。有代表性的几种均质稀混合气燃烧系统有梅型火球燃烧室、射流燃烧室等。 MAN燃烧系统 射流燃烧室 分层稀混合气燃烧 这种燃烧方式主要是通过控制混合气的浓度分布来实现的，其在火花塞附近混合气比较浓，空燃比约?为12～13，保证可靠的点火，在其余大部分区域混合气较稀，空燃比在20以上。分层充气燃烧系统主要有三种： 直喷式分层燃烧系统，如Texaco公司的TCCS、Ford公司的PROCO及日本Satoshi Kato等人提出的OSKA 分隔式燃烧室分层燃烧系统，如本田公司的CVCC 轴向分层燃烧系统，如美国M. R. Showalter首先提出充量轴向分层的概念，随后A. A. Quader等人对轴向分层充气发动机进行了进一步的研究。三菱公司则推出了基于这一概念的4气门滚流分层发动机。天津大学提出的在5气门发动机上采用进气道二次喷射亦很好地实现了该方式的稀燃，并取得了较好的效果。  TCCS燃烧系统 本田CVCC燃烧系统 混合燃烧 混合燃烧方式是将发动机分为高负荷和低负荷区，在低负荷区使用分层燃烧，在高负荷区仍然利用常规燃烧。1995年三菱公司研制成功的GDI发动机首次实现了混合燃烧。三菱公司GDI发动机在低负荷区的空燃比达到30～40，高负荷区的空燃比为13～14。 三菱的GDI燃烧系统 丰田的GDI燃烧系统 GDI燃烧系统通常可按主宰混合气生成的机理分成三类 油束控制 锥型油束直接将燃油送往火花塞，在油束控制的燃烧系统中，喷油器安置在气缸中央，火花塞必须布置在喷油器附近，油束的空气利用率依靠油束的穿透深度保证。油束和火花塞相距太近，可供混合气生成利用的时间太短，液态燃料会润湿火花塞，缩短火花塞寿命。该系统未能投入批量生产。 壁面控制燃烧系统 在壁面控制的燃烧系统中，喷油器和火花塞相隔较远，喷油器将油束喷到活塞凹坑中，然后油气流将燃油送往火花塞。为了避免温度过高，喷油器不应布置在排气侧而应在进气侧，活塞凹坑的开口也指向进气侧。 Tumble Swirl 气流控制燃烧系统 在气流控制的燃烧系统中，利用轮廓分明的缸内气流与油束相互作用，在发动机的大部分工况范围内都能实行恰当的充量分层。 School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiaotong University