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缸内直喷发动机教案一、传统汽油机燃烧系统的缺陷:
1、汽油机功率承受进气管节流的变量调整,无法到达变质调整的准确性。
2、喷油嘴离燃烧室有肯定的距离,汽油与空气的混合状况受进气气流的影响较大,并且微小的汽油颗粒会吸附在管壁上而不能充分利用。
3、空燃比必需在着火界限内,热效率低,假设稀混合气工作则热效率可提高,空燃比承受 20 与 27 较 14.7 时热效率相应提高 8%与 12%。
3、排气污染严峻〔HC,CO,NOX〕,一般汽油机的混合比范围正是排放较高的范围,空燃比到达 23 以上就可以实现低排放。
二、淡薄燃烧:
这就是淡薄燃烧是指将过量空气系数从λ=1左右提高到且远超过1.1的水平, 空然比可达25:1,甚至可到达40:1〔如三菱GDI〕可以降低发动机油耗并改善CO2排放。〔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。〕
淡薄燃烧只是在局部负荷工况范围实行淡薄燃烧,启动、怠速、加速和全负荷都不能实行淡薄燃烧。
三、实现淡薄燃烧的两个条件
1、淡薄燃烧技术需要很强的点火能量。可承受提高压缩比或承受多极火花塞或双火花塞构造
2、淡薄燃烧技术需要空气能跟汽油充分混合。如承受垂直进气道等构造
三、淡薄燃烧系统的形式
1、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。
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MAN燃烧系统 射流燃烧室
2、分层稀混合气燃烧:
这种燃烧方式主要是通过掌握混合气的浓度分布来实现的,其在火花塞四周混合气比较浓,空燃比约 为12~13,保证牢靠的点火,在其余大局部区域混合气较稀,空燃比在20以上。分层充气燃烧系统主要有三种:
1〕 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 2.〕分隔式燃烧室分层燃烧系统:
如本田公司的CVCC 3.〕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展了进一步的争论。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气门发动机上承受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
3、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, 在高负荷区仍旧利用常规燃烧。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到达30~40,高负荷区的空燃比为13~14。
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三菱的GDI燃烧系统 丰田的GDI燃烧系统
GDI燃烧系统
一、混合气生成的形式:
1、油束掌握:
锥型油束直接将燃油送往火花塞,在油束掌握的燃烧系统中,喷油器安置在气缸中心,火花塞必需布置在喷油器四周,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。
油束掌握 壁面掌握
2、壁面掌握燃烧系统:
在壁面掌握的燃烧系统中,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。为了避开温度过高,喷油器不应布置
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在排气侧而应在进气侧,活塞凹坑的开口也指向进气侧。
3、气流掌握燃烧系统:
在气流掌握的燃烧系统中,利用轮廓清楚的缸内气流与油束相互作用,在发动机的大局部工况范围内都能实行恰当的充量分层。
4、依靠燃油喷雾的喷雾掌握方式
第 2、3 种方式有可能行程壁面油膜,是造成 HC 排放高的主要缘由。后一种方式则与喷雾特性和喷射时间关系亲热,但掌握起来比前两种要困难。
二、GDI 构造原理:
1、使用垂直的进气管。
进气歧管改垂直式进入汽缸,这样的设计可改善进气增压的效果。
左边:GDI直立式进气歧管,反向回漩气流。右边:传统汽油发动机机进气方式
2、高压的燃油喷射。
改用可以到达5Mpa的高压汽油压力,
3、喷油嘴能形成高压.漩式的雾状。
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4、活塞外形承受有凹凸的曲面。
活塞外表是呈凹凸的曲面,这些的转变使GDI发动机能使用超淡薄燃油(40:1), 且点火状况良好。燃油经高压后“呈现雾状”,且油汽运方式都有改善,抑制淡薄燃烧的点火不易、发动机爆震与NOx过高的问题。(是由由于高压供油且汽流的卷动方式协作活塞顶端的凹凸曲面,在压缩形成后,使得被喷入汽缸內的燃料经微粒化后形成非集中
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