學(xué)習(xí)目標(biāo)1：正確認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)1能夠正確認(rèn)識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)7.1 發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能決定了汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性等。為了強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，盡可能地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)不斷地采用新技術(shù)。7.1.1 自動(dòng)啟停系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)是指在車輛行駛過(guò)程中，需要臨時(shí)停車時(shí)（如等紅燈、擁堵情況），發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火。當(dāng)需要繼續(xù)行駛的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)的系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)的主要作用是短暫停車時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。 1自動(dòng)啟停系統(tǒng)的工作原理 當(dāng)車輛因?yàn)閾矶禄蛟诼房谕Ｖ剐旭倳r(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板并停車摘擋。此時(shí)，自動(dòng)啟停系統(tǒng)便開始自檢，當(dāng)該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)并且變速器處于

2、空擋位置；車輪轉(zhuǎn)速傳感器顯示車速為零；電子電池傳感器顯示有足夠的能量進(jìn)行下一次起動(dòng)。當(dāng)滿足這三個(gè)條件后，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)需要繼續(xù)行駛時(shí)，駕駛員踩下離合器，即可起動(dòng)“啟動(dòng)停止器”，并快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。駕駛員完成掛擋和踩油門動(dòng)作后，車輛便能正常行駛。 為了解決一直踩著制動(dòng)踏板的疲勞問(wèn)題，只需把電子手剎一并開啟，那么發(fā)動(dòng)機(jī)只會(huì)在輕踩油門踏板后起動(dòng)，便不用一直踩住制動(dòng)踏板。 對(duì)于裝備自動(dòng)變速器的車輛，行駛中只要直接踩制動(dòng)踏板，當(dāng)車輛完全停止大概2s后，發(fā)動(dòng)機(jī)便會(huì)自動(dòng)熄火，一直踩著制動(dòng)踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)保持關(guān)閉狀態(tài)。 當(dāng)需要繼續(xù)行駛時(shí)，只要松開制動(dòng)踏板或轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，發(fā)動(dòng)機(jī)便立即自動(dòng)起動(dòng)，使汽車正常行

3、駛，整個(gè)啟停過(guò)程自動(dòng)變速器都處于D擋位置。 自動(dòng)啟停系統(tǒng)設(shè)置有開關(guān)按鈕，如圖所示?？梢酝ㄟ^(guò)該按鈕控制自動(dòng)啟停功能的開啟和關(guān)閉。 2自動(dòng)啟停系統(tǒng)的利弊分析 （1）自動(dòng)啟停技術(shù)對(duì)油耗的影響 很多人認(rèn)為在城市道路中頻繁的熄火/起動(dòng)，不僅不能達(dá)到節(jié)油的目的，反而會(huì)增加燃油的消耗。其實(shí)，自動(dòng)啟停系統(tǒng)主要堵車情況下，車輛短時(shí)間停止后再次起動(dòng)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，起動(dòng)阻力較小，此時(shí)起動(dòng)過(guò)程的耗油量大致相當(dāng)于怠速工況運(yùn)轉(zhuǎn)0.7s的耗油量。所以，理論上停車超過(guò)0.7s就有節(jié)油的效果。 （2）頻繁起動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)磨損的影響 有人認(rèn)為頻繁的起動(dòng)會(huì)造成活塞磨損，產(chǎn)生的金屬碎屑也會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)其他部件的磨損。其實(shí)，發(fā)

4、動(dòng)機(jī)的磨損大多發(fā)生在冷車起動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損有80以上都來(lái)自冷起動(dòng)的瞬間，正常怠速運(yùn)行磨損只占20左右。而自動(dòng)啟停的工作狀態(tài)是熱起動(dòng)，只是在短暫停車時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，再次起動(dòng)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度還很高，機(jī)油粘稠度較小、流動(dòng)性較強(qiáng)，容易附著在零部件上，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)磨損不會(huì)很大。 （3）頻繁起動(dòng)對(duì)蓄電池和起動(dòng)機(jī)壽命的影響 頻繁的啟停發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)對(duì)起動(dòng)機(jī)和蓄電池造成傷害。雖然裝備有自動(dòng)啟停系統(tǒng)的車型都會(huì)采用增強(qiáng)型起動(dòng)機(jī)和蓄電池，但在實(shí)際使用中，起動(dòng)機(jī)和蓄電池的故障都會(huì)高于未裝備自動(dòng)啟停系統(tǒng)的普通車輛。增強(qiáng)型的起動(dòng)機(jī)和蓄電池保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用較高。發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁的啟停對(duì)機(jī)油品質(zhì)要求較高，使更換機(jī)油的費(fèi)用增加。 （4）對(duì)積碳

5、的影響 當(dāng)堵車比較嚴(yán)重時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)熄滅時(shí)間較長(zhǎng)，燃燒室溫度降低，未完全燃燒的碳?xì)溲趸锖褪灂?huì)形成積碳附著在氣缸內(nèi)壁，產(chǎn)生積碳，使油耗增加、動(dòng)力變?nèi)酢?發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)在理論環(huán)境下確實(shí)可以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，但在嚴(yán)重堵車時(shí)，會(huì)增加蓄電池和起動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)。另外在開空調(diào)的情況下，蓄電池負(fù)擔(dān)較大，為了給下一次起動(dòng)積蓄能量，發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)在剛停下不久就再次起動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)目前還存在許多弊端，當(dāng)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)啟停技術(shù)會(huì)日趨完善。7.1.2 汽油機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù) 傳統(tǒng)的汽油機(jī)是往進(jìn)氣歧管中噴油，在進(jìn)氣歧管中與空氣形成混合氣，然后進(jìn)入氣缸內(nèi)燃燒。噴油嘴與燃燒室之間有一定的距離，微小的油粒

6、會(huì)吸附在管道內(nèi)壁上，并且汽油與空氣的混合受進(jìn)氣氣流和氣門關(guān)閉的影響較大。 而缸內(nèi)直噴是將燃油直接噴射到氣缸內(nèi)，在氣缸內(nèi)與空氣混合。ECU可以根據(jù)吸入的空氣量精確地控制燃油的噴射量和噴射時(shí)間，高壓的燃油噴射系統(tǒng)可以使油氣的霧化和混合效率更加優(yōu)異，使混合氣體燃燒更加充分，從而降低油耗，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示。 1缸內(nèi)直噴的工作原理 缸內(nèi)直噴技術(shù)采用了均質(zhì)燃燒和分層燃燒兩種不同的燃燒模式。均質(zhì)燃燒是指在進(jìn)氣行程后期向燃燒室內(nèi)噴入燃油，在進(jìn)氣行程與壓縮行程中完成與空氣的充分混合，并在點(diǎn)火時(shí)刻使缸內(nèi)形成較為均勻的混合氣，確保穩(wěn)定點(diǎn)火。分層燃燒是指在壓縮行程噴入燃油，隨著壓縮行程

7、的進(jìn)行，燃油與空氣混合，直至點(diǎn)火時(shí)刻，從火花塞處至缸壁，燃油濃度由濃到稀，保證有效點(diǎn)火，有利于火焰的傳播，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。 缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃油和空氣混合主要有三種方式，即噴射引導(dǎo)、壁面引導(dǎo)和氣流引導(dǎo)，如圖所示。噴射引導(dǎo)方式是噴油器設(shè)計(jì)在缸蓋頂部，火花塞設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)面，在火花塞周圍易形成較濃的混合氣。這種布置方式比較適合于分層稀薄燃燒，具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。壁面引導(dǎo)方式是噴油器側(cè)置，火花塞頂置。通過(guò)活塞頂部的特殊形狀引導(dǎo)油束運(yùn)動(dòng)并與空氣混合。此種方式可以在火花塞周圍形成較大面積的可燃區(qū)域。氣流引導(dǎo)方式同樣采用噴油器側(cè)置、火花塞頂置的形式。利用進(jìn)氣時(shí)形成的滾流強(qiáng)化油氣混合。壁面引導(dǎo)和氣流引

8、導(dǎo)方式結(jié)構(gòu)形式相似，多用于均質(zhì)燃燒模式。 2缸內(nèi)直噴的優(yōu)缺點(diǎn) 缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)與進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)相比有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）當(dāng)缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷或全負(fù)荷工況時(shí)，在進(jìn)氣行程中將燃油噴入燃燒室，因?yàn)橛褪囊苿?dòng)速度小于活塞的下行速度，所以油束周圍的壓力較低，使燃油迅速的擴(kuò)散蒸發(fā)，而形成均質(zhì)燃燒混合氣。另外，燃油蒸發(fā)吸收熱量使氣缸內(nèi)溫度降低，增強(qiáng)了抗爆震性能。因此缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)可以用較高的壓縮比，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，壓縮比一般可提高至1114。由于缸內(nèi)溫度降低，提高了充量系數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)有較大的輸出功率。 當(dāng)缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，在壓縮行程中進(jìn)行燃油噴射，利用氣缸內(nèi)滾流的運(yùn)動(dòng)促進(jìn)油氣混合，在火花

9、塞電極附近形成適宜點(diǎn)火的燃油混合氣，并且燃油混合氣濃度在燃燒室內(nèi)呈梯度分布，可實(shí)現(xiàn)較大的空燃比，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，分層燃燒模式使燃燒發(fā)生在燃燒室的中心區(qū)域，被周邊的空氣隔絕，有效地防止了熱量傳遞給缸體水套，可減少熱量損失，提高燃燒的熱效率。進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī)在冷起動(dòng)過(guò)程中，氣缸內(nèi)溫度低，油氣蒸發(fā)不完全，使實(shí)際噴油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)按理論空燃比計(jì)算得到的噴油量，而且在冷起動(dòng)時(shí)易出現(xiàn)失火或不完全燃燒現(xiàn)象，使HC排放增加。而缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)可以精確控制每個(gè)循環(huán)的空氣與燃油比例，結(jié)合分層燃燒直接起動(dòng)技術(shù)，可降低冷起動(dòng)時(shí)的HC排放，瞬態(tài)響應(yīng)好。缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)各缸的實(shí)際需求進(jìn)行燃油噴射，可減少各缸之間

10、的差異，提高各缸均勻性。一般情況下，缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的各缸均勻性可控制在3%以內(nèi)。 缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)：由于缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，在壓縮行程后期噴入燃油，燃油和空氣沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行混合，使燃油蒸發(fā)慢。同時(shí)形成的可燃混合氣在燃燒室內(nèi)分布不均勻，部分區(qū)域的燃油混合氣濃度偏大，產(chǎn)生的 NOx 增加。另外，缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)大部分運(yùn)行工況都處于部分負(fù)荷，燃燒經(jīng)常在過(guò)量空氣系數(shù)較大的條件下進(jìn)行，導(dǎo)致排氣中含氧量較多且排氣溫度較低。在中、小負(fù)荷時(shí)HC、顆粒排放物增加，三元催化器達(dá)不到最佳的轉(zhuǎn)化溫度，對(duì)氮氧化物的轉(zhuǎn)化效率低，難以滿足嚴(yán)格的排放要求。 3雙噴射系統(tǒng) 雙噴射系統(tǒng)是在缸內(nèi)直噴的基礎(chǔ)上增

11、加了一套進(jìn)氣道噴射裝置，如圖所示。雙噴射系統(tǒng)是將進(jìn)氣道噴射和缸內(nèi)噴射的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的基礎(chǔ)上，降低有害物質(zhì)的排放，達(dá)到排放要求。 （1）雙噴射燃油供給系統(tǒng) 歧管噴油器（低壓噴射系統(tǒng)）由燃油箱內(nèi)的預(yù)供油燃油泵提供噴射壓力，低壓燃油導(dǎo)軌與高壓油泵相連的目的是利用低壓燃油冷卻高壓油泵，而不是通過(guò)高壓油泵進(jìn)行增加。缸內(nèi)噴油器（高壓噴射系統(tǒng)）由高壓油泵提供壓力，高壓油泵將燃油再次升壓后送入高壓燃油導(dǎo)軌。燃油供給系統(tǒng)如圖所示。 （2）雙噴射系統(tǒng)工作模式 雙噴射系統(tǒng)有低壓?jiǎn)螄娚?、高壓?jiǎn)螄娚?、高壓雙重噴射和高壓三重噴射等4種工作模式。低壓?jiǎn)螄娚涓邏簡(jiǎn)螄娚涓邏弘p重噴射高壓三重噴射發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)

12、，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷態(tài)且冷卻液溫度低于45時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮行程采用高壓三重噴射模式；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)起動(dòng)，但冷卻液溫度還未達(dá)到45時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣行程和壓縮行程采用高壓雙重噴射模式；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷工況下運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度超過(guò)45時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)采用低壓?jiǎn)螄娚淠Ｊ?，降低燃油消耗；?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)基于高性能的需求，采用高壓?jiǎn)螄娚淠Ｊ?；?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速全負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣行程和壓縮行程采用高壓雙重噴射模式。7.1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒技術(shù) 稀薄燃燒是指通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)混合氣的空燃比，使混合氣在空燃比大于理論空燃比數(shù)值的狀態(tài)下燃燒。稀薄燃燒最大的特點(diǎn)是燃燒效率高、經(jīng)濟(jì)環(huán)保

13、，并且還能有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。 隨著汽車技術(shù)的發(fā)展以及電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，很多中高檔轎車已采用了稀薄燃燒技術(shù)。汽油機(jī)稀薄燃燒技術(shù)采用缸內(nèi)直噴方式，將高壓燃油直接噴入活塞頂部的深坑型燃燒室內(nèi)，配合進(jìn)氣渦流及燃燒室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)，形成分層燃燒。同時(shí)精確控制氣缸內(nèi)的燃油噴射量和噴射時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)空燃比為50：1的超稀薄燃燒。再結(jié)合提高壓縮比和廢氣再循環(huán)技術(shù)，可有效地改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和排放特性。汽油機(jī)缸內(nèi)直噴稀薄燃燒技術(shù)已成為汽油機(jī)的發(fā)展方向。 1實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒的關(guān)鍵技術(shù) 實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下三個(gè)主要方面： （1）提高壓縮比采用緊湊型燃燒室，通過(guò)改進(jìn)進(jìn)氣口位置使氣缸內(nèi)形成較強(qiáng)的空氣

14、運(yùn)動(dòng)旋流，提高氣流速度；將火花塞置于燃燒室中央，縮短點(diǎn)火距離；提高壓縮比至13：1左右，促使燃燒速度加快。 （2）分層燃燒 如果混合比達(dá)到25:1以上，按常規(guī)方法是無(wú)法點(diǎn)燃的，因此必須采用由濃至稀的分層燃燒方式。通過(guò)缸內(nèi)空氣的運(yùn)動(dòng)在火花塞周圍形成易于點(diǎn)火的濃混合氣（混合比達(dá)到12:1左右），外層逐漸稀薄。濃混合氣點(diǎn)燃后，燃燒迅速波及外層。為了提高燃燒的穩(wěn)定性和降低氮氧化物（NOx）的排放，目前采用燃油噴射定時(shí)與分段噴射技術(shù)，將噴油分成進(jìn)氣初期噴油和進(jìn)氣后期噴油兩個(gè)階段。進(jìn)氣初期噴油使燃油首先進(jìn)入缸內(nèi)下部隨后在缸內(nèi)均勻分布。進(jìn)氣后期噴油使?jié)饣旌蠚庠诟變?nèi)上部聚集在火花塞四周被點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)分層燃燒。

15、（3）高能點(diǎn)火 高能點(diǎn)火和寬間隙火花塞有利于火核形成，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，燃燒速度快，稀燃極限大。有些稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙火花塞或者多極火花塞裝置來(lái)達(dá)到上述目的。 2稀薄燃燒的方式及特點(diǎn) 汽油機(jī)稀薄燃燒包括進(jìn)氣道噴射稀薄燃燒系統(tǒng)（PFI）、缸內(nèi)直噴稀薄燃燒系統(tǒng)（GDI）和均質(zhì)混合氣壓燃系統(tǒng)（HCCI）。汽油機(jī)稀薄燃燒PFIGDIHCCI （1）進(jìn)氣道噴射稀薄燃燒系統(tǒng)（PFI） 普通汽油機(jī)工作時(shí)的空燃比為1020，而稀薄燃燒汽油機(jī)的空燃比要大得多。為了保證可靠點(diǎn)火，點(diǎn)燃式稀燃汽油機(jī)在點(diǎn)火瞬間火花塞周圍必須形成易于點(diǎn)燃的空燃比為12.013.5的濃混合氣。這就要求混合氣在氣缸內(nèi)非均質(zhì)分布。要實(shí)現(xiàn)混合氣的非

16、均質(zhì)分布，必須使混合氣在氣缸內(nèi)分層?；旌蠚夥謱又饕揽繗饬鞯倪\(yùn)動(dòng)結(jié)合適時(shí)的噴油實(shí)現(xiàn)。進(jìn)氣道噴射稀薄燃燒系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)氣流在氣缸內(nèi)的流動(dòng)形式不同，可分為軸向分層和縱向（滾流）分層2種。 1）軸向分層稀薄燃燒 軸向分層稀薄燃燒一般是在進(jìn)氣后期進(jìn)行燃油噴射，通過(guò)氣缸內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)混合氣分層的作用，而噴油時(shí)刻決定濃混合氣在缸內(nèi)的位置。如圖所示，在進(jìn)氣行程初期隨著活塞的向下運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)形成較強(qiáng)的渦流。通過(guò)對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)的合理配置，使該渦流的軸心與氣缸中心大體一致，形成沿氣缸軸線的渦流運(yùn)動(dòng)。通過(guò)控制噴油時(shí)刻，使噴油器在進(jìn)氣后期噴射燃油。燃油混合氣最后進(jìn)入氣缸，在氣缸內(nèi)形成上濃下稀的分層效果。在壓縮行程后期，雖然

17、隨著活塞的上行渦流逐漸衰減，但渦流的分層效果仍大體一直保持到壓縮上止點(diǎn)，以利于點(diǎn)火燃燒。 在這種燃燒系統(tǒng)中影響稀燃效果的主要因素是氣缸內(nèi)渦流的強(qiáng)度和噴油時(shí)刻。一般情況下，渦流強(qiáng)度越強(qiáng)，氣缸內(nèi)混合氣上下混合的趨勢(shì)就越小，分層效果越好；渦流強(qiáng)度越弱，分層效果越差。而噴油時(shí)刻則決定了氣缸內(nèi)混合氣濃度梯度的分布形式。在進(jìn)氣行程后期噴油，將形成上濃下稀的梯度分布；在進(jìn)氣行程前期噴油，則形成上稀下濃的梯度分布。氣缸內(nèi)渦流的強(qiáng)度噴油時(shí)刻 2）縱向（滾流）分層稀薄燃燒 縱向（滾流）分層稀薄燃燒是利用滾流式進(jìn)氣道，進(jìn)氣過(guò)程中在氣缸內(nèi)繞垂直于氣缸中心線且平行于曲軸軸線產(chǎn)生縱向滾流，配合噴射方式在氣缸內(nèi)形成混合氣濃

18、度梯度分布，如圖所示。噴油器在進(jìn)氣歧管中心布置，順氣流沿氣門方向噴油。在滾流作用下，濃混合氣經(jīng)過(guò)氣缸中央布置的火花塞，兩側(cè)為空氣，實(shí)現(xiàn)橫向混合氣濃度梯度分布，空燃比可達(dá)到23，經(jīng)濟(jì)性可提高6%8%，NOx排放可降低80%。 （2）缸內(nèi)直噴稀薄燃燒系統(tǒng)（GDI） 缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的噴油器安裝在燃燒室內(nèi)，在氣缸內(nèi)更容易形成不均勻的混合氣濃度梯度分布，消除了氣道油膜蒸發(fā)量對(duì)缸內(nèi)混合氣質(zhì)量的影響，更容易實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，且混合氣空燃比范圍更廣，有利于進(jìn)一步改善發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放特性。 1）缸內(nèi)直噴分層稀薄燃燒 缸內(nèi)直噴分層稀薄燃燒如圖所示。缸內(nèi)直噴噴油器的啟噴壓力為2MPa，采用螺旋氣道在缸內(nèi)產(chǎn)生一定強(qiáng)度

19、的進(jìn)氣渦流，沿氣流方向火花塞布置在噴油器下游的油束下方。噴油器順氣流噴射時(shí)在氣缸內(nèi)氣流的作用下噴霧偏向火花塞方向擴(kuò)散，形成火花塞附近為濃混合氣的分層分布。對(duì)應(yīng)噴射時(shí)間控制點(diǎn)火時(shí)刻實(shí)現(xiàn)可靠著火，并向稀薄混合氣擴(kuò)散燃燒。已燃?xì)怏w被氣流帶離火花塞區(qū)，新鮮氣體被帶入噴油區(qū)，依次循環(huán)工作。發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比可提高到12，從而提高熱效率，改善燃油經(jīng)濟(jì)性。 2）缸內(nèi)直噴滾流分層稀薄燃燒 缸內(nèi)直噴滾流分層稀薄燃燒有切向進(jìn)氣道和直立進(jìn)氣道2種組織滾流的方式。切向進(jìn)氣道直立進(jìn)氣道 采用切向進(jìn)氣道利用燃燒室的結(jié)構(gòu)形狀，在壓縮過(guò)程中，氣缸內(nèi)形成壓縮滾流，隨著壓縮行程的進(jìn)行滾流越來(lái)越強(qiáng)，并配合噴射時(shí)間，在缸內(nèi)形成不同的混合氣

20、濃度分層分布，如圖所示。缸內(nèi)直噴滾流分層稀薄燃燒的空燃比可達(dá)到40，燃油經(jīng)濟(jì)性提高30%，采用40的EGR率可降低NOx排放達(dá)90%。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況控制噴油器噴射時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)均質(zhì)燃燒和分層燃燒，也可從小負(fù)荷到大負(fù)荷實(shí)現(xiàn)分層稀薄燃燒。 采用直立式進(jìn)氣道進(jìn)氣過(guò)程中在氣缸內(nèi)直接產(chǎn)生進(jìn)氣滾流，結(jié)合壓縮過(guò)程中不斷加強(qiáng)的滾流強(qiáng)度控制最佳噴射時(shí)間，在缸內(nèi)形成混合氣濃度的分層分布，如圖所示，空燃比可達(dá)到50，能有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放特性。 （3）均質(zhì)混合氣壓燃系統(tǒng)（HCCI） 均質(zhì)混合氣壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)的汽油機(jī)一樣，都是向氣缸內(nèi)注入均勻的燃油混合氣。但傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)火花塞點(diǎn)燃混合氣，而均質(zhì)混合

21、氣壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火過(guò)程與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)類似，通過(guò)壓縮混合氣，使混合氣溫度升高到一定程度而自行燃燒。由于采用壓縮點(diǎn)燃的方式，可以采用相當(dāng)稀薄的混合氣。 采用均質(zhì)混合氣壓燃系統(tǒng)的汽油機(jī)的壓縮比較高，當(dāng)壓縮行程快結(jié)束時(shí)，噴油器把燃油噴入氣缸，燃油在壓縮行程完成時(shí)在氣缸內(nèi)分布均勻。此時(shí)氣缸的壓力使均勻分布的油滴自燃，所有的燃料在同一時(shí)刻燃燒，提高了燃油的使用效率。 均質(zhì)混合氣壓燃汽油機(jī)采用預(yù)混的均勻混合氣，混合氣自燃。從表面上看，是點(diǎn)燃式汽油機(jī)和壓燃式柴油機(jī)的結(jié)合。實(shí)際上均質(zhì)壓燃汽油機(jī)的燃燒過(guò)程與點(diǎn)燃式汽油機(jī)和壓燃式柴油機(jī)的燃燒過(guò)程都不同。 而理想狀態(tài)的均質(zhì)壓燃燃燒過(guò)程是非擴(kuò)散的，是在整個(gè)燃燒室內(nèi)同時(shí)發(fā)生

22、均勻的燃燒。點(diǎn)燃式汽油機(jī)和壓燃式柴油機(jī)都是擴(kuò)散燃燒，點(diǎn)燃式汽油機(jī)主要利用熱擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)火焰?zhèn)鞑ァ嚎s式柴油機(jī)主要依靠燃油蒸氣和氧氣的擴(kuò)散現(xiàn)象促進(jìn)混合氣形成，燃燒速率取決于混合氣的形成速率。7.1.4 復(fù)合火花點(diǎn)火系統(tǒng) 復(fù)合火花點(diǎn)火系統(tǒng)是在半球形燃燒室的兩側(cè)對(duì)稱布置兩個(gè)型號(hào)相同的火花塞，如圖所示。兩個(gè)火花塞與燃燒室中心的距離相等。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速或低速運(yùn)行時(shí)，仍采用單火花點(diǎn)火。正常工況下，兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火。 1復(fù)合火花點(diǎn)火系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)復(fù)合火花點(diǎn)火系統(tǒng)的兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火使混合氣爆炸燃燒，急速形成較強(qiáng)烈的渦流，加快了火焰的傳播速度，同時(shí)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短一半，燃燒所用的時(shí)間也相應(yīng)縮短，大幅度提高了熱量利用率

23、。由于燃燒時(shí)間縮短，最大扭矩的點(diǎn)火提高角可以顯著推遲。因此，點(diǎn)火時(shí)燃燒室混合氣的溫度和壓力都較高，有利于著火和快速燃燒?；旌蠚庠谌紵覂?nèi)在空間和時(shí)間上都是不均勻的，因此存在火花塞點(diǎn)火的著火概率問(wèn)題。而兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火，使著火概率提高一倍。在稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)中，利用雙火花塞的高能點(diǎn)火也是有利的?？蓪?shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。 2復(fù)合火花與廢氣再循環(huán)聯(lián)姻點(diǎn)火 采用廢氣再循環(huán)裝置是降低廢氣排放的有效措施，有利于大幅度減少NOX的排放量。而復(fù)合火花點(diǎn)火技術(shù)與排氣再循環(huán)裝置（EGR）聯(lián)姻后，不但NOX排放量可大幅度降低（降低40-70），而且更有利于節(jié)油。因?yàn)樗粌H可以減少節(jié)流損失，降低燃燒溫度，減少冷卻損失，還可以使參

24、與燃燒的氣體數(shù)量增加，使工況質(zhì)量組成發(fā)生變化，改變工況質(zhì)量的絕熱指數(shù)，使熱效率提高。雙火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)不僅加強(qiáng)了廢氣再循環(huán)的節(jié)油作用，同時(shí)還加快燃燒速度，縮短燃燒時(shí)間。 使用復(fù)合火花點(diǎn)火系統(tǒng)后可使廢氣再循環(huán)率提高15-20。在燃燒稀混合氣的情況下，實(shí)現(xiàn)大幅度節(jié)油。試驗(yàn)結(jié)果表明：把點(diǎn)火時(shí)刻調(diào)節(jié)到最佳扭矩，最小點(diǎn)火提前角，最低NOX排放量時(shí)，與常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)相比，復(fù)合火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗可降低10以上。 復(fù)合火花與廢氣再循環(huán)聯(lián)姻點(diǎn)火工作原理如圖所示。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)，將可燃混合氣壓縮至終點(diǎn)后，兩個(gè)火花塞同時(shí)點(diǎn)火，使混合氣急速爆炸燃燒，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)做功。排氣門打開后，小部分的高溫高壓廢氣從排氣管上的

25、開口處快速流入廢氣再循環(huán)控制閥，廢氣再循環(huán)控制閥根據(jù)車輛的行駛速度和負(fù)荷等不同工況，控制廢氣的引入量，然后通過(guò)進(jìn)氣管上的開口進(jìn)入氣缸，將一小部分的排放廢氣引入燃燒室內(nèi)。7.1.5 可變壓縮比技術(shù) 壓縮比是氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要參數(shù)之一。一般來(lái)說(shuō)，壓縮比越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就越好。對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)槿紵胰莘e和氣缸工作容積都是固定不變的，所以其壓縮比也是固定不變的?，F(xiàn)代汽油機(jī)的壓縮比一般為812，柴油機(jī)的壓縮比一般為1222。 1可變壓縮比技術(shù)的作用 可變壓縮比技術(shù)主要運(yùn)用于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，目的是提高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)楣潭ǖ膲嚎s比不能充分發(fā)揮增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了防止爆燃，其壓縮比低于自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。在增壓壓力低時(shí)，熱效率降低，使燃油經(jīng)濟(jì)性下降。特別是在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于增壓度上升緩慢，在低壓縮比情況下，轉(zhuǎn)矩上升也很緩慢，導(dǎo)致增壓滯后現(xiàn)象，即增壓作用后，要等發(fā)動(dòng)機(jī)加速至一定轉(zhuǎn)換后增壓系統(tǒng)才能起到作用。而可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓壓力低的低負(fù)荷工況使壓縮比提高，在高增壓的高負(fù)荷工況下再適當(dāng)減低壓縮比，使