現代汽車技術論文現代汽油發(fā)動機新技術及其應用現狀(編輯修改稿)
2025-07-10 07:18 本頁面
【文章內容簡介】 濟性，因此，進氣道噴射稀燃汽油發(fā)動機問世后，能進一步實現更稀薄燃燒的缸內直噴式分層稀燃汽油發(fā)動機 ，在1996 年就已進入實用化階段，并很快得到了推廣應用 (如圖 1） 西 安 交通大學 現代汽車技術 （論文） 第 5 頁 圖 1 采用缸內直噴的汽油機，在低負荷下是用質調節(jié)來控制發(fā)動機扭矩，無泵氣損失，同時由于稀燃技術的運用，減小了熱損失，在很大程度上改善了燃油經濟性；高負荷時，則是在進氣行程中就把燃油噴人氣缸，噴油量控制在理論窄燃比附近，經與進氣充分混合，形成均質混合氣。采用直噴技術的汽油機一般同時采用渦輪增壓技術，使發(fā)動機獲得更好的動力性。 缸內直噴發(fā)動機的關鍵技術還包括燃油供給與噴射系統、燃燒系統的優(yōu)化設計GDI 燃油噴射和燃燒過程控制策略等。 GDI 燃油供給系統主要依靠高精度快速響應的電控系統，燃油噴射系統則主要采用高壓共軌系統與電磁驅動噴油器相結合的形式。燃燒系統的優(yōu)化設計是 GDI 發(fā)動機開發(fā)的關鍵技術，只有通過合理配置燃燒室形狀、燃油噴束、氣流運動等，特別是優(yōu)化活塞頂部的設計，才能實現在中小負荷時的分層稀薄和大負荷時的均質預混的要求。 由于 GDI 發(fā)動機的空燃比相對較高，氣缸內燃燒溫度整體較低，導致氣缸內未燃 HC 不能完全被氧化，另外由于 GDI 發(fā)動機在噴油時刻造成的缸內濕壁現象嚴重，導致活塞腔、進氣門底座、排氣門底座等區(qū)域燃燒不好，造成在中小負荷 時 HC 排放較高。此外， GDI 發(fā)動機在低負荷、冷起動和工況轉換的狀況下尾氣顆粒物排放的質量濃度和數量都高于傳統的進氣發(fā)動機。 采用稀燃技術的增壓直噴汽油機對油品要求較高，國內目前汽油中的烯烴含量及硫等有害物含量高，燃燒后易在燃燒室內和噴嘴周圍形成膠質和積碳，導致直噴式噴西 安 交通大學 現代汽車技術 （論文） 第 6 頁 嘴功能失效。同時過高的成本也是直噴發(fā)動機大面積推廣的主要障礙，稀燃的直噴汽油機λ 1， NOx在三元催化器中轉化率低，排放量高，需要采用專門的 NOx后處理裝置；噴射壓力的提高，需要采用精度更高的噴油器。這些均限制了汽油缸內直噴技術推廣。近年來， 不采用稀薄燃燒方式的所謂“化學計量比混合汽缸內直噴技術”得到發(fā)展和普及，尤其是將缸內直噴技術與渦輪增壓及可變氣門正時技術相結合的當量比直噴增壓汽油發(fā)動機。利用缸內直噴的進氣冷卻效果改善了動力性能和燃油經濟性，利用分層燃燒降低了冷態(tài) HC 排放，此外還由于氣門重疊的掃氣效果而具有低速扭矩大的優(yōu)勢。歐洲新開發(fā)的缸內直噴式汽油發(fā)動機大多采用這種當量比直噴技術或者完全以均質混合汽運行，雖然它們的節(jié)油效果稍遜色于稀薄分層燃燒，但是開發(fā)成本低，實際運行穩(wěn)定性好。 5 均質壓燃技術 HCCI 汽油和柴油都是從石油中提煉 出來的，它們性質差別相當大。汽油易引燃但自燃溫度高，相反，柴油自燃溫度低但難引燃。汽油機屬于預混合均質燃燒，借助火花塞點燃。由于汽油特性和爆震等諸多因素的限制，汽油機只能采用較低的壓縮比，使熱效率比柴油機低得多。汽油機工況的調節(jié)是通過調節(jié)進氣量來實現的，在部分負荷工況，進氣的空氣量較小，會產生泵氣損失，從而導致汽油機熱效率比柴油機低。 柴油機是依靠發(fā)動機活塞壓縮到接近上止點時的高溫使燃氣自燃著火，屬于噴霧擴散燃燒。由于噴霧與空氣的混合時間很短，燃料與空氣的混合很不均勻，在高溫富氧區(qū)域產生大量的 NOx 排放 ，在高溫過濃區(qū)產生大量碳煙。提高汽油機熱效率，降低柴油機碳煙和 NOx排放一直是內燃機領域研究的重點。人們希望通過結合汽油機和柴油機的優(yōu)點來解決上述問題。均質壓燃燃燒技術結合了傳統點燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機的優(yōu)點，采用預混合均質混合氣、壓縮自燃著火的燃燒方式。它可以實現高熱效率（高壓縮比、減少泵氣損失）及超低的 NOx 和碳煙排放。 對于汽油機來說，燃燒技術的關鍵是提高汽油機熱效率，降低油耗。汽油機采用均質壓燃可以取消或減小部分負荷和小負荷節(jié)氣門導致的泵氣損失，還可以提高壓縮比，此外，它還可以減少燃燒持續(xù)期長造 成的損失。汽油機均質壓燃在實現的技術途徑上有兩種方案，其一是基于傳統氣道噴射汽油機技術方案，另一種是基于缸內直噴的技術方案。缸內直噴方案在混合氣濃度分層控制上有較大的靈活性，通過缸內多次噴油技術實現混合濃度分層，但控制的難度更大。在中小負荷工況需要通過缸內的殘余廢氣提高混合氣能量，使汽油混合氣可以壓燃，或采用壓燃與火花塞點火復合燃燒方式；在大負荷時可以采用外部廢氣來抑制燃燒反應。因此，可變氣門技術是實現均質燃燒的重要基礎。 HCCI 技術的理論效果雖然可觀，但目前仍停留在實驗階段，一些技術難關亟需突破。 西 安 交通大學 現代汽車技術 （論文） 第 7 頁 一 在燃燒時刻的控制上， HCCI 發(fā)動機靠汽缸的壓力和溫度自燃，油氣混合氣的密度，氣缸的溫度和壓力都需要進行精確的檢測和控制，所以發(fā)動機的 ECU管理程序也要進行相應的加強。 二 由于 HCCI 的同時壓燃和放熱，瞬時間汽缸和活塞會受到強大的壓力，有可能會產生爆震的現象，所以必須提高混合氣的空燃比（高于傳統的 ： 1），這就需要 HCCI 在稀燃狀態(tài)下工作，排氣的溫度也比較低，使得發(fā)動機較難采用渦輪增壓。以上這些都使得 HCCI 可能達到的最大負荷比典型的火花點燃式和直噴式柴油機低得多。另外，低排氣溫度對催化轉化器來說也是 一個問題，因為需要相當高的溫度才能起動氧化 /還原反應。 三 由于 HCCI 發(fā)
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